不同粒徑級配矸石充填材料壓縮性能試驗(yàn)研究.pdf

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1、第21卷第6期(總第133期)煤礦開采Vol．21No．6(SeriesNo．133)2016年12月COALMININGTECHNOLOGYDecember2016不同粒徑級配矸石充填材料壓縮性能試驗(yàn)研究張大牛(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司,山西太原030000)[摘要]矸石充填材料的粒徑級配對其壓縮性能有較大的影響。將粒徑100mm以下矸石進(jìn)行分級,按照中等粒徑占比基本相同、大粒徑占比逐漸增大、小粒徑占比逐漸減小的原則設(shè)計了6組不同粒徑級配方案,在模擬200m埋深覆巖壓力條件下,采用內(nèi)徑405mm鋼制大容器裝

2、載高度為250mm的矸石充填材料進(jìn)行了壓縮實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明矸石充填材料壓縮過程可分為初步壓實(shí)、破裂壓密和整體穩(wěn)定壓實(shí)3個階段,壓縮量隨軸向壓力增加呈冪指函數(shù)關(guān)系增長,壓縮量增加速率隨軸向壓力增加而減小,相同壓力下壓縮量隨試樣中小粒徑占比減小而增加。得出了本實(shí)驗(yàn)條件下矸石充填材料壓縮量(S)與小粒徑占比(p)的關(guān)系式:S=111．57-0．70p。[關(guān)鍵詞]矸石充填材料;粒徑級配;壓力-壓縮量曲線[中圖分類號]TD853．34[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B[文章編號]1006-6225(2016)06-0015-03Experime

3、ntalStudyofCompressionPropertiesofGangueFillingMaterialwithDifferentSizeDistribution采煤沉陷是煤炭開發(fā)中不容忽視的問題,常規(guī)例,采用大直徑裝載容器,對幾組不同粒徑級配的垮落法采煤引起的覆巖破壞和地表移動變形給當(dāng)?shù)仨肥M(jìn)行壓縮性能對比試驗(yàn),研究結(jié)論可為矸石充生態(tài)環(huán)境和工農(nóng)業(yè)建(構(gòu))筑物造成了嚴(yán)重?fù)p填工程粒徑級配設(shè)計提供參考。[1][2-5]害。長期以來,多種減沉開采技術(shù)得到實(shí)1矸石粒徑級配方案踐和發(fā)展,一定程度上緩解了采動損害問題,解

4、放了大量“三下”壓煤。矸石充填開采即是其中的矸石試驗(yàn)樣品均取自大同礦業(yè)集團(tuán)某礦矸石一種方法。它是隨著回采工作面的推進(jìn),將破碎后山。原矸的尺寸范圍較寬,大的超過1m,小的呈的矸石采用一定方式輸送到采空區(qū)及時支撐頂板,粉末狀,而粒徑100mm以上的占大多數(shù)。實(shí)際充通過對采出空間的填充達(dá)到減小覆層破壞和地表沉填作業(yè)中,由于工藝和設(shè)備對矸石粒徑的限制,必降的目的。矸石充填開采具有充填系統(tǒng)簡單、工藝須將大塊矸石破碎到一定程度方能進(jìn)行充填。因此靈活、對工作面推進(jìn)度影響小等優(yōu)點(diǎn),近年來在我本試驗(yàn)只選取粒徑100mm以下的矸石,為

5、達(dá)到實(shí)[6-8]國多個礦區(qū)得到了推廣應(yīng)用,取得了較好的經(jīng)驗(yàn)?zāi)康?采用不同網(wǎng)格孔徑的篩子將矸石粒徑分為濟(jì)社會效益。100~75mm,75~50mm,50~25mm,25~13mm充入采空區(qū)的矸石呈散體狀,塊度不等、形狀和13~0mm5個級別,如表1所示。按照中等粒不一,塊體之間存在著不同程度的空隙,因此矸石徑(50~25mm)矸石所占比例基本保持不變充填材料的壓縮率是影響矸石充填開采覆巖沉降量(20%~30%)、大粒徑(100~50mm)比例逐漸和巖層移動控制效果的重要因素,而矸石充填材料增大、小粒徑(25~0mm)

6、比例逐漸減小的原則,的壓縮率主要取決于粒徑大小和級配關(guān)系。在散體設(shè)計了6組粒徑級配方案,各級別粒徑的質(zhì)量和占物料級配研究方面,目前應(yīng)用較廣泛的是富勒理論比如表2所示。[9-10]和泰波理論,兩者均為連續(xù)級配方案,對降低表1矸石粒徑級別分類散體物料壓縮率具有重要的指導(dǎo)價值,但工程應(yīng)用編號粒徑尺寸/mm相對大小分類中實(shí)現(xiàn)該級配需要的工藝較復(fù)雜、成本較高,而按M1100~75大粒徑M275~50較大粒徑照相對粗略的大、中、小粒徑進(jìn)行級配研究則具有M350~25中等粒徑較大的現(xiàn)實(shí)意義。本試驗(yàn)在模擬實(shí)際覆巖壓力大小M425~

7、13較小粒徑的條件下,改變矸石試樣中大、中、小粒徑所占比M513~0小粒徑[收稿日期]2016-04-18[DOI]10．13532/j．cnki．cn11-3677/td．2016．06．004[作者簡介]張大牛(1979-),男,陜西咸陽人,工程師,主要從事隧道工程施工方面的工作。[引用格式]張大牛．不同粒徑級配矸石充填材料壓縮性能試驗(yàn)研究[J].煤礦開采,2016,21(6):15-17．15總第133期煤礦開采2016年第6期表26組試樣各級別粒徑矸石的質(zhì)量和所占比例初步壓實(shí)階段在軸向應(yīng)力作用下,矸石塊體粒

8、徑級別間互相擠壓,空隙減小,在較低載荷作用下試樣壓試樣M1M2M3M4M5縮量快速增加,即較小的應(yīng)力下產(chǎn)生較大的應(yīng)變。矸石質(zhì)量/kg2．92．911．611．629．01質(zhì)量百分比/%5．05．020．020．050．0矸石破裂壓密階段隨著軸向應(yīng)力的增加,矸矸石質(zhì)量/kg5．82．911．614．523．2石之間的相互作用力和擠壓程度越來越高,粒徑大2質(zhì)量百