不同粒径级配矸石充填材料压缩性能试验研究.pdf

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1、第21卷第6期(总第133期)煤矿开采Vol.21No.6(SeriesNo.133)2016年12月COALMININGTECHNOLOGYDecember2016不同粒径级配矸石充填材料压缩性能试验研究张大牛(中铁十二局集团第二工程有限公司,山西太原030000)[摘要]矸石充填材料的粒径级配对其压缩性能有较大的影响。将粒径100mm以下矸石进行分级,按照中等粒径占比基本相同、大粒径占比逐渐增大、小粒径占比逐渐减小的原则设计了6组不同粒径级配方案,在模拟200m埋深覆岩压力条件下,采用内径405mm钢制大容器装

2、载高度为250mm的矸石充填材料进行了压缩实验。结果表明矸石充填材料压缩过程可分为初步压实、破裂压密和整体稳定压实3个阶段,压缩量随轴向压力增加呈幂指函数关系增长,压缩量增加速率随轴向压力增加而减小,相同压力下压缩量随试样中小粒径占比减小而增加。得出了本实验条件下矸石充填材料压缩量(S)与小粒径占比(p)的关系式:S=111.57-0.70p。[关键词]矸石充填材料;粒径级配;压力-压缩量曲线[中图分类号]TD853.34[文献标识码]B[文章编号]1006-6225(2016)06-0015-03Experime

3、ntalStudyofCompressionPropertiesofGangueFillingMaterialwithDifferentSizeDistribution采煤沉陷是煤炭开发中不容忽视的问题,常规例,采用大直径装载容器,对几组不同粒径级配的垮落法采煤引起的覆岩破坏和地表移动变形给当地矸石进行压缩性能对比试验,研究结论可为矸石充生态环境和工农业建(构)筑物造成了严重损填工程粒径级配设计提供参考。[1][2-5]害。长期以来,多种减沉开采技术得到实1矸石粒径级配方案践和发展,一定程度上缓解了采动损害问题,解

4、放了大量“三下”压煤。矸石充填开采即是其中的矸石试验样品均取自大同矿业集团某矿矸石一种方法。它是随着回采工作面的推进,将破碎后山。原矸的尺寸范围较宽,大的超过1m,小的呈的矸石采用一定方式输送到采空区及时支撑顶板,粉末状,而粒径100mm以上的占大多数。实际充通过对采出空间的填充达到减小覆层破坏和地表沉填作业中,由于工艺和设备对矸石粒径的限制,必降的目的。矸石充填开采具有充填系统简单、工艺须将大块矸石破碎到一定程度方能进行充填。因此灵活、对工作面推进度影响小等优点,近年来在我本试验只选取粒径100mm以下的矸石,为

5、达到实[6-8]国多个矿区得到了推广应用,取得了较好的经验目的,采用不同网格孔径的筛子将矸石粒径分为济社会效益。100~75mm,75~50mm,50~25mm,25~13mm充入采空区的矸石呈散体状,块度不等、形状和13~0mm5个级别,如表1所示。按照中等粒不一,块体之间存在着不同程度的空隙,因此矸石径(50~25mm)矸石所占比例基本保持不变充填材料的压缩率是影响矸石充填开采覆岩沉降量(20%~30%)、大粒径(100~50mm)比例逐渐和岩层移动控制效果的重要因素,而矸石充填材料增大、小粒径(25~0mm)

6、比例逐渐减小的原则,的压缩率主要取决于粒径大小和级配关系。在散体设计了6组粒径级配方案,各级别粒径的质量和占物料级配研究方面,目前应用较广泛的是富勒理论比如表2所示。[9-10]和泰波理论,两者均为连续级配方案,对降低表1矸石粒径级别分类散体物料压缩率具有重要的指导价值,但工程应用编号粒径尺寸/mm相对大小分类中实现该级配需要的工艺较复杂、成本较高,而按M1100~75大粒径M275~50较大粒径照相对粗略的大、中、小粒径进行级配研究则具有M350~25中等粒径较大的现实意义。本试验在模拟实际覆岩压力大小M425~

7、13较小粒径的条件下,改变矸石试样中大、中、小粒径所占比M513~0小粒径[收稿日期]2016-04-18[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.06.004[作者简介]张大牛(1979-),男,陕西咸阳人,工程师,主要从事隧道工程施工方面的工作。[引用格式]张大牛.不同粒径级配矸石充填材料压缩性能试验研究[J].煤矿开采,2016,21(6):15-17.15总第133期煤矿开采2016年第6期表26组试样各级别粒径矸石的质量和所占比例初步压实阶段在轴向应力作用下,矸石块体粒

8、径级别间互相挤压,空隙减小,在较低载荷作用下试样压试样M1M2M3M4M5缩量快速增加,即较小的应力下产生较大的应变。矸石质量/kg2.92.911.611.629.01质量百分比/%5.05.020.020.050.0矸石破裂压密阶段随着轴向应力的增加,矸矸石质量/kg5.82.911.614.523.2石之间的相互作用力和挤压程度越来越高,粒径大2质量百

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