水泥-粉煤灰基矸石胶结充填体破坏特征及强度形成机制 被引量：8

1

作者 李晓磊 杜献杰 +4 位作者 冯国瑞 巨峰 王建伟 刘文昊 郑远翔 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期36-45,共10页

在煤矿结构充填开采中,不同充填率条件下对矸石胶结充填体强度的需求不同,拟通过改变粉煤灰在水泥–粉煤灰二元胶凝材料用量中的占比(下称“粉煤灰占比”)调控矸石胶结充填体强度,对不同粉煤灰占比(0~90%)矸石胶结充填体进行单轴压缩试... 在煤矿结构充填开采中,不同充填率条件下对矸石胶结充填体强度的需求不同,拟通过改变粉煤灰在水泥–粉煤灰二元胶凝材料用量中的占比(下称“粉煤灰占比”)调控矸石胶结充填体强度,对不同粉煤灰占比(0~90%)矸石胶结充填体进行单轴压缩试验,探明矸石胶结充填体的强度调控范围,结合数字图像相关技术对试样破坏形态进行分析,结合声发射事件对试样脆延性破坏模式进行分析。采用承压筒法和单轴压缩试验分别测定了煤矸石的强度和不同粉煤灰占比水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度,并根据煤矸石的强度与水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度关系揭示矸石胶结充填体的强度形成机制。研究结果表明:矸石胶结充填体强度随着粉煤灰占比的增加而减少,实现了较大的矸石胶结充填体强度调控范围:1.77~30.04 MPa。不同强度范围的矸石胶结充填体试样对应的破坏形态和脆延性破坏模式也不同,材料性质发生了质的变化。随着粉煤灰占比的增加,在破坏形态方面,矸石胶结充填体试样由剪切破坏(0~50%粉煤灰占比)向拉剪复合破坏(60%~80%粉煤灰占比)再向拉伸破坏(90%粉煤灰占比)转变,对应的强度范围分别为20.8~30.04 MPa,5.63~12.35 MPa和1.77 MPa;在脆延性破坏模式方面,试样由脆–延性破坏(0~40%粉煤灰占比)转变为延性破坏(50%~90%粉煤灰占比),对应的强度范围分别为24.64~30.04 MPa和1.77~20.8 MPa。矸石胶结充填体的强度由水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度(1.43~55.5 MPa)和煤矸石的强度(平均强度为4.43 MPa)共同决定。水泥–粉煤灰二元胶凝材料对矸石胶结充填体的强度贡献较大,煤矸石使矸石胶结充填体的强度受限。所得试验结果为结构充填中充填材料的强度选择提供参考。 展开更多

关键词 粉煤灰占比 矸石胶结充填体 单轴压缩试验 承载特征 强度调控 强度形成机制

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不同含水状态矸石胶结充填体能量演化与损伤特性研究 被引量：1

2

作者 杨科 于祥 +2 位作者 何祥 侯永强 张连富 《岩土力学》 北大核心 2025年第1期26-42,共17页

为探究不同含水状态矸石胶结充填体(gangue cemented backfill,简称GCB)能量演化规律及损伤破坏机制,制备了干燥、自然和饱水(含水率分别为0%、10%和25%)3种状态的GCB试样。基于单轴压缩试验获取的应力-应变曲线,分析了GCB试样的能量演... 为探究不同含水状态矸石胶结充填体(gangue cemented backfill,简称GCB)能量演化规律及损伤破坏机制,制备了干燥、自然和饱水(含水率分别为0%、10%和25%)3种状态的GCB试样。基于单轴压缩试验获取的应力-应变曲线,分析了GCB试样的能量演化规律,提出了能量强化/弱化系数,揭示了GCB试样的损伤演化机制,并建立了全应力-应变曲线的分段式损伤本构模型。结果表明:干燥与自然状态GCB试样应力-应变曲线表现出明显的“四阶段”特征,而饱水状态GCB试样仅存在“三阶段”特征;GCB试样由干燥到饱水状态,弹性模量和峰值强度呈指数函数递减,含水状态对充填体强度的弱化机制可分为物理效应、化学效应和结构效应;干燥作用对充填体能量有强化作用,对耗散能的强化占主导地位,饱水作用对充填体能量有弱化作用,对弹性应变能和总应变能的弱化占主导地位;GCB试样由干燥向饱水状态的转变过程中,破坏形态主要经历拉伸破坏―拉剪混合破坏―V字形剪切破坏的转变,并伴有块体的脱落;不同含水状态GCB试样的变形破坏均为同一类型的损伤演化过程,但含水率增加会促进充填体损伤的发展,建立的不同含水状态GCB试样的分段损伤本构模型能够较准确地描述GCB试样的受载损伤破坏过程。研究结果可为深入探究矸石胶结充填体的力学行为及稳定性提供理论参考。 展开更多

关键词 含水状态 矸石胶结充填体 能量演化 分段损伤本构模型 单轴压缩

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饱和浸水过程矸石胶结充填体强度及损伤特征 被引量：2

3

作者 于祥 杨科 +3 位作者 何祥 侯永强 文志强 张连富 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第2期147-159,共13页

【目的】受充填料浆水、工作面涌水和采空区内积水的影响,矸石胶结充填体的含水率会随浸水时间的增加而发生改变,进而改变了充填体的承载性能。研究矸石胶结充填体在饱和浸水过程的强度特性及损伤破坏特征,对于保持充填体的稳定性和保... 【目的】受充填料浆水、工作面涌水和采空区内积水的影响,矸石胶结充填体的含水率会随浸水时间的增加而发生改变,进而改变了充填体的承载性能。研究矸石胶结充填体在饱和浸水过程的强度特性及损伤破坏特征,对于保持充填体的稳定性和保障煤矿安全至关重要。【方法】通过对饱和浸水过程的矸石胶结充填体开展单轴压缩试验和微观电镜扫描测试,分析充填体强度随浸水时间的变化规律,并基于微元强度统计分布量,建立峰前阶段的分段损伤本构模型,通过微观电镜扫描,揭示饱和浸水过程中矸石胶结充填体强度弱化机制。【结果和结论】结果表明:(1)饱和浸水过程中,胶结充填体单轴压缩下的应力-应变曲线呈现出明显的“四阶段”特征,孔裂隙压密闭合阶段最大应变和应力及峰值应力点应变与浸水时间呈正相关,而峰值应力和弹性模量与浸水时间呈负相关。(2)随着浸水时间的增加,矸石胶结充填体的破坏形态由剪切破坏为主过渡到以张拉-剪切共轭破坏为主,最终转化为以纵向张拉破坏为主,破坏位置主要集中在矸石胶结充填体的中部。(3)建立了考虑孔裂隙压密闭合阶段最大应力和最大应变、弹性模量及峰值应力和峰值应力点应变的分段损伤本构模型,基于试验数据对模型进行了验证,理论模型曲线与试验曲线基本吻合。(4)受水分张力作用、润滑作用及矿物溶解作用的影响,将饱和浸水过程中矸石胶结充填体强度弱化机制分为3个阶段,当充填体达到饱和状态后,其强度持续降低,但是降低速率减小。研究结果可为采空区富水环境下矸石胶结充填开采提供一定的数据支撑。 展开更多

关键词 饱和浸水 矸石 胶结充填体 单轴压缩 分段损伤 本构模型 强度弱化机理

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爆破动载下锯齿状岩-充界面胶结充填体损伤规律

4

作者 邱泓杰 邱贤阳 +4 位作者 张舒 史秀志 陶明 曹日红 曹铭宇 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2037-2050,共14页

地下矿山采矿和充填作业过程中形成的胶结充填体在爆破动载作用下的损伤失稳与岩-充界面形态有直接关系。以往研究常将岩-充界面简化为平面状,但根据采场空区探测结果,岩-充界面往往具有锯齿状特征。运用连续介质理论和有限差分法数值... 地下矿山采矿和充填作业过程中形成的胶结充填体在爆破动载作用下的损伤失稳与岩-充界面形态有直接关系。以往研究常将岩-充界面简化为平面状,但根据采场空区探测结果,岩-充界面往往具有锯齿状特征。运用连续介质理论和有限差分法数值模拟软件,建立了3种不同形态的锯齿状岩-充界面胶结充填体模型为试验组,1种平直状岩-充界面胶结充填体模型为对照组;推导岩体爆破等效腔腔壁上的爆炸荷载,并将其添加到数值模型中以模拟二步骤采场边孔爆破;结合充填体破坏损伤判据,研究了爆破动载作用下胶结充填体动力损伤响应,获得了岩-充界面锯齿宽度S_(W)、灰砂比C_(SR)、孔边距S_(HD)、垂直应力σ_(h)等因素对充填体损伤范围和破坏模式的影响规律。结果表明:平面状岩-充界面下胶结充填体的损伤区域形状近似于矩形,而锯齿状岩-充界面的锯齿宽度越大,胶结充填体的损伤区域形状越接近菱形,更易发生楔形破坏;当σ_(h)相近时,对于C_(SR)不同的两层相邻胶结充填层,C_(SR)越大,充填体各质点的峰值振动速度衰减越慢,损伤区域面积也随之越大,相邻两层充填体之间越容易因振动速度不一致而诱发层间错动;当C_(SR)相同时,σ_(h)越大,损伤区域面积越小。此外,胶结充填体的损伤区域面积与S_(HD)呈明显负相关。在工程实践中,当边孔药量不可减小时,应选择合理的S_(HD)以维持胶结充填体矿柱稳定。 展开更多

关键词 爆破动载 胶结充填体 岩-充界面 动力响应 损伤

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不同粒组骨料对矸石胶结充填体力学特性及破坏特征的影响

5

作者 夏文韬 杨科 +2 位作者 何祥 张连富 侯永强 《中国矿业》 北大核心 2025年第5期206-213,共8页

为探究矸石粒径对胶结充填体力学特性及破坏特征的影响,在室内开展了三组不同矸石粒径(0~5 mm、5~10 mm、0~10 mm)充填体四个龄期单轴加载性能测试,系统分析了矸石粒径大小对充填体抗压强度、应力-应变曲线、声发射信号及破坏特征的影... 为探究矸石粒径对胶结充填体力学特性及破坏特征的影响,在室内开展了三组不同矸石粒径(0~5 mm、5~10 mm、0~10 mm)充填体四个龄期单轴加载性能测试,系统分析了矸石粒径大小对充填体抗压强度、应力-应变曲线、声发射信号及破坏特征的影响规律。研究结果表明:矸石粒径范围的变化对应力-应变曲线没有明显的影响,即矸石充填体的变形破坏均经历了OA压密阶段、AB弹性阶段、BC塑性阶段、CD破坏阶段等四个阶段;当矸石最大粒径从5 mm增加到10 mm时,对充填体的早期抗压强度影响较小,对后期抗压强度具有明显的削弱作用。随着矸石最大粒径的增加,煤矸石充填体的裂纹数量显著增加,并且矸石充填体的破坏裂纹以剪切裂纹为主。不同粒径范围的矸石充填体均表现出剪切破坏的特征,但随着粒径增大,加载后试件完整性变差,粒径范围为5~10 mm的矸石充填体破坏后部分试件崩解出大量矸石散体,矸石细颗粒的存在能够提高矸石充填体的承载稳定性。研究结果有助于简化矿山充填矸石级配,对矿山矸石破碎工作具有一定的工程指导意义。 展开更多

关键词 煤矸石 胶结充填体 粒径级配 声发射信号 裂纹扩展

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胶结充填体-围岩组合体接触面力学特性研究

6

作者 王奕仁 吴爱祥 +2 位作者 阮竹恩 卢宏建 武晓军 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期2383-2395,共13页

为深入了解同时考虑接触面倾角和粗糙界面下胶结充填体-围岩组合体接触面的力学特性,基于粗糙接触面下不同接触面倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°)和灰砂比(1:4和1:8)的组合体试块在单轴压... 为深入了解同时考虑接触面倾角和粗糙界面下胶结充填体-围岩组合体接触面的力学特性,基于粗糙接触面下不同接触面倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°)和灰砂比(1:4和1:8)的组合体试块在单轴压缩条件下的破裂特征分析,建立接触面单元理论分析模型,并提出含凸齿接触面的3种应力破坏模式,研究组合体不同倾角接触面的应力特性及粗糙界面抗剪特性。研究结果表明:1)粗糙接触面下界面凸齿处的裂纹扩展是导致组合体强度劣化的关键,接触面倾角和灰砂比对裂纹扩展方式影响显著,当接触面倾角增大时,其破坏形式由充填体剪切破坏逐渐过渡为整体的张拉剪切组合破坏,当灰砂比增大时,充填体表面裂纹增多,围岩组块的破坏程度降低;2)界面约束应力与两组块材料的变形能力有关,在灰砂比不变的前提下,随接触角的增大,界面约束应力先减小后增大,在60°时达到最小;3)基于含围岩凸齿接触面在轴向压缩下的3种破坏模式,通过分析接触单元在凸齿处的抗剪特性,可确定接触面发生剪切破坏时的界面摩擦因数和抗剪强度力学指标的取值范围。该研究结果可为嗣后充填采场揭露充填体稳定性研究及充填体强度设计提供一定的理论依据。 展开更多

关键词 胶结充填体-围岩组合体 接触面倾角 粗糙界面 力学特性

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煤矿采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术 被引量：2

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作者 苏现波 赵伟仲 +2 位作者 王乾 周艺璇 汪露飞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期400-414,共15页

煤矿采空区是我国实现“双碳”目标的重要突破口,煤炭开采形成的、能够富集煤层气、为后期微生物活动和矿化充填提供底物和空间的地质体定义为采动影响体。以采动影响体为研究对象,提出了采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同矿... 煤矿采空区是我国实现“双碳”目标的重要突破口,煤炭开采形成的、能够富集煤层气、为后期微生物活动和矿化充填提供底物和空间的地质体定义为采动影响体。以采动影响体为研究对象,提出了采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同矿化充填关键技术,并从必要性和可行性2个方面阐述了该技术在采动影响体资源二次开发、CO_(2)安全封存以及燃煤电厂粉煤灰固废高效处置等的广阔前景。其总体思路是将采动影响体作为一个厌氧发酵“工厂”,高产高效产甲烷菌群作为“劳动者”对“工厂”已有的原材料——残煤、薄煤层和分散有机质以及注入的CO_(2)进行加工,其“产品”是甲烷,进而实现微生物采残煤和CO_(2)资源化。同时,CO_(2)与碱性的粉煤灰结合,在实现了CO_(2)矿化封存的同时,也实现了采动影响体的充填。该技术涉及的关键科学问题包括采动影响体类型划分与有机质特征、采动影响体原位条件下厌氧发酵产甲烷机制、微生物-CO_(2)-粉煤灰协同矿化/固化机制以及微生物采残煤与充填关键技术示范工程建设。实验室物理模拟采动影响体原位条件实验表明其中残煤和富含有机质的泥页岩能够在微生物作用下生成生物甲烷,且添加少量的粉煤灰能够进一步强化甲烷的产出。物理模拟地下水补给的动态实验表明营养物质的补给对厌氧发酵系统的影响尤为重要,补给循环周期为14 d的厌氧发酵系统恰与产甲烷菌群繁殖的周期一致,能够保证厌氧发酵系统的持续高效运行。高钙粉煤灰-CO_(2)-矿井水协同胶结的试件经过28 d的养护后抗压强度为12.31 MPa,其矿化封存潜力约为21.99 m3 CO_(2)/t(粉煤灰),说明粉煤灰在实现采空区固化的同时能够实现CO_(2)减排。此外,基于微生物采残煤与粉煤灰充填目的对工程试验靶区进行优选,地下水滞留区是CO_(2)矿化和粉煤灰充填的最佳场所,因采掘活动自然形成的自然圈闭和人工充填形成的圈闭是较有利的工程试验靶区之一。针对这些靶区提出了微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术,旨在为中国碳减排和采空区生态环境治理提供一条新的技术路径。 展开更多

关键词 煤矿采动影响体 微生物采残煤 CO_(2)封存 粉煤灰胶结充填 动静态特征 有机质特征

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粉煤灰-煤矸石基胶结充填材料制备与性能研究 被引量：14

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作者 孙庆巍 朱涵 崔正龙 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第11期74-80,共7页

为了解决我国煤矿采空区地表沉陷以及"三下"压煤资源浪费的问题,提出以粉煤灰-水泥熟料-脱硫石膏复合胶凝材料为胶结材,原状粉煤灰为细骨料,破碎后的煤矸石为粗骨料制备新型煤矿开采胶结充填材料。依据正交试验结果和各因素... 为了解决我国煤矿采空区地表沉陷以及"三下"压煤资源浪费的问题,提出以粉煤灰-水泥熟料-脱硫石膏复合胶凝材料为胶结材,原状粉煤灰为细骨料,破碎后的煤矸石为粗骨料制备新型煤矿开采胶结充填材料。依据正交试验结果和各因素影响规律趋势图,确定充填材料的优化配合比。研究结果表明,适当增大水泥熟料掺量可缩短材料初凝时间,减小水胶比能使材料强度显著提高,而材料坍落度可通过选取适宜的浆体中的固体质量分数和灰矸比来有效调节,当胶凝材料中水泥含量为15%,脱硫石膏含量为8%,水胶比为2,灰矸比为2∶3,浆体中的固体质量分数为70%时,充填材料性能可达到最佳。通过试验优选材料各项参数,工业废弃物可以用来制备高质量的胶结充填材料。 展开更多

关键词 粉煤灰 煤矸石 胶结充填材料 正交试验 抗压强度 坍落度 凝结时间

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不同纤维掺量的尾砂胶结充填体拉伸强度特性

9

作者 侯展娜 郭利杰 +3 位作者 郭进平 张超 王小林 唐国星 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第3期497-505,共9页

充填体抗拉强度是工程设计与稳定性评价中的重要设计参数。为科学探究聚丙烯纤维对尾砂胶结充填体抗拉力学特性的影响,通过制备不同聚丙烯纤维含量(0%、0.20%、0.40%、0.60%)的尾砂胶结充填体试样,对其抗拉强度、破坏模式和微观结构进... 充填体抗拉强度是工程设计与稳定性评价中的重要设计参数。为科学探究聚丙烯纤维对尾砂胶结充填体抗拉力学特性的影响,通过制备不同聚丙烯纤维含量(0%、0.20%、0.40%、0.60%)的尾砂胶结充填体试样,对其抗拉强度、破坏模式和微观结构进行分析,得出不同试验方法下的聚丙烯纤维尾砂胶结充填体抗拉强度和微观试验结果的变化规律。结果表明:随着聚丙烯纤维含量的增加,巴西劈裂强度和拉伸强度均呈现先增后减的趋势,PPF-0.40%为转折。PPF-0试样劈裂强度为1.84 MPa,PPF-0.20%、PPF-0.40%和PPF-0.60%试样劈裂强度分别为2.25、2.51和2.42 MPa;PPF-0拉伸强度为0.83 MPa,PPF-0.20%、PPF-0.40%和PPF-0.60%试样拉伸强度分别为1.14、1.47和1.21 MPa。巴西劈裂法得出的抗拉强度明显高于压-拉转换试验的抗拉强度。PPF-0.40%试样在加载过程中破坏产生的裂缝较未掺纤维的充填体宽度明显减小,PPF的增韧阻裂作用最为明显。PPF-0试样孔隙率和平均孔隙直径最大,PPF-0.40%试样的孔隙率和平均孔隙直径最小,相比PPF-0,孔隙率下降了67.79%,平均孔隙直径下降了19.85%,PPF-0.60%的孔隙率出现了上升。 展开更多

关键词 尾砂胶结充填体 聚丙烯纤维 压-拉转换试验 巴西劈裂试验 抗拉强度 孔隙率

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酸性矿井水环境中矸石胶结充填体的强度演化及劣化规律 被引量：1

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作者 赵永辉 郭育霞 冯国瑞 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期1560-1573,共14页

矸石胶结充填开采是一种重要的充填开采方法,然而,酸性矿井水会严重影响矸石胶结充填体的强度。在本研究中,将矸石胶结充填体试件分别置于不同环境(空气、水、硫酸溶液、硫酸与荷载耦合)中,测试了不同龄期试件的抗压强度、电阻率及超声... 矸石胶结充填开采是一种重要的充填开采方法,然而,酸性矿井水会严重影响矸石胶结充填体的强度。在本研究中,将矸石胶结充填体试件分别置于不同环境(空气、水、硫酸溶液、硫酸与荷载耦合)中,测试了不同龄期试件的抗压强度、电阻率及超声波波速,监测了加载过程中试件的声发射能量数值,同时结合扫描电镜和X衍射分析不同龄期充填体的微观结构。结果表明,1)空气中与水中养护的充填体抗压强度的增长趋势随龄期的增加而逐渐减缓。硫酸溶液中的充填体强度在前90天大于空气及水中养护的充填体强度。硫酸溶液与荷载耦合作用下充填体的强度随龄期的下降速率比单一硫酸溶液作用的较为缓慢;2)不同龄期矸石胶结充填体电阻率与超声波波速与强度有较好的对应关系。受侵蚀后矸石胶结充填体的破坏形式较为多样,且在加载不同阶段表现出不同的声发射能量特征,可以将声发射能量激增作为充填体的破坏前兆;3)侵蚀产物前期填充充填体内部孔隙,提高了其强度,后期会导致充填体膨胀开裂,强度降低。施加40%应力强度比的荷载会抵抗硫酸溶液的侵蚀。本文研究结果可以为充填体的耐侵蚀设计提供参考。 展开更多

关键词 酸性矿井水 矸石胶结充填体 劣化规律 电阻率 超声波波速 声发射能量 微观结构

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调控层胶结充填体三轴压缩力学性能及破坏特征研究

11

作者 徐文彬 赵康奇 +2 位作者 张亚伦 刘成保 周磊 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3658-3667,3680,共11页

为了解决阶段空场嗣后充填法二步骤矿柱开采时一步骤采场充填体易失稳垮塌的难题,提出了充填调控层理念,以增强一步骤采场充填体的稳定性。借助三轴压缩试验仪,分析了不同调控层高度、主体层灰砂比和围压对充填体力学性能及破坏规律的影... 为了解决阶段空场嗣后充填法二步骤矿柱开采时一步骤采场充填体易失稳垮塌的难题,提出了充填调控层理念,以增强一步骤采场充填体的稳定性。借助三轴压缩试验仪,分析了不同调控层高度、主体层灰砂比和围压对充填体力学性能及破坏规律的影响,探究了单层充填体与含调控层充填体偏应力-应变曲线特征及破坏模式的差异性。结果表明:调控层强化了充填体的屈服阶段,进而提高了其峰值强度;调控层占比不变时,主体层灰砂比越小,强化效果越好;主体层灰砂比不变时,调控层占比越大,强化效果越好;围压与充填体峰值强度呈对数函数关系,表观黏聚力c、表观内摩擦角φ值与充填体的主体层灰砂比、调控层占比大小呈线性相关;未添加调控层充填体的破坏形式以斜剪切裂纹为主,添加调控层后则以剪切、拉伸以及混合破坏3种形式为主;调控层占比不变,主体层灰砂比较小时,拉伸裂纹贯穿调控层;验证了含调控层充填体配比1:20-2/5(表示充填体的主体层灰砂比为1:20,调控层占比为整体的2/5)替代某矿原充填体配比(1:7-0)的可行性,1:20-2/5单位体积充填体可节约6.85%水泥用量。研究结果可为节约矿山充填成本和提高作业安全提供一定的理论指导。 展开更多

关键词 调控层 胶结充填体 力学性能 应力-应变曲线 破坏模式

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单轴压缩下充填体−围岩组合体力学特性与能量演化规律

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作者 邱华富 李宇航 +2 位作者 刘浪 梁超 丁自伟 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期688-701,共14页

为研究矸石胶结充填体-围岩组合体力学特性和能量演化规律,对不同接触面倾角的组合体试件进行单轴压缩试验,对破坏过程的力学特性、声发射特征和能量演化规律进行分析。研究结果表明:接触面倾角0°、15°和30°的组合体试... 为研究矸石胶结充填体-围岩组合体力学特性和能量演化规律,对不同接触面倾角的组合体试件进行单轴压缩试验,对破坏过程的力学特性、声发射特征和能量演化规律进行分析。研究结果表明:接触面倾角0°、15°和30°的组合体试件发生延性破坏,接触面倾角45°、60°、75°、90°的组合体试件发生脆性破坏。随着荷载的持续增大,组合体试件在峰值应力处都产生大量声发射信号;随接触面倾角的增大,拉伸破坏占比呈先增加后减小趋势,在接触面倾角为45°时达到最大。不同接触面倾角组合体试件在峰值应力前弹性应变能呈非线性增加,耗散能曲线斜率随着接触面倾角增加逐渐减小;峰后破坏阶段曲线演化规律与组合体试件的破坏类型有关。延性破坏时,弹性能耗比曲线整体先下降,后在峰值应力处转为呈上升趋势;脆性破坏时,弹性能耗比曲线整体呈下降趋势,在峰值应力处达到最小值。声发射特征和能量演化规律与组合体试件破坏过程相关性较好,可为组合体破坏预测提供有效前兆信息。 展开更多

关键词 充填体-围岩组合体 矸石胶结充填体 声发射 能量演化 弹性能耗比

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胶结充填体早期损伤对后期力学性能的影响 被引量：2

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作者 甘德清 张雅洁 +1 位作者 刘志义 路燕泽 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第2期1-7,共7页

目的为了探明胶结充填体早期损伤对后期承载性能的影响,方法通过开展早期受损充填体经养护一定龄期后的单轴压缩试验,以损伤龄期和压损程度为变量,以受损充填体的后期变形特性、抗压强度、弹性模量为后期力学性能评价指标,分析充填体损... 目的为了探明胶结充填体早期损伤对后期承载性能的影响,方法通过开展早期受损充填体经养护一定龄期后的单轴压缩试验,以损伤龄期和压损程度为变量,以受损充填体的后期变形特性、抗压强度、弹性模量为后期力学性能评价指标,分析充填体损伤龄期和压损程度对其后期力学性能的影响规律。结果结果表明:在同一损伤龄期下,充填体在80%压损下后期峰值应力及残余应力最低;压损程度对龄期3,7 d的充填体后期变形特性影响较小,对龄期14,21 d的充填体后期变形特性弱化作用较大;80%以下的压损程度对龄期3,7 d充填体后期抗压强度影响较小,各个压损程度对龄期14,21 d充填体后期抗压强度影响较大,压损程度越大,后期抗压强度越低;各龄期充填体后期弹性模量均随压损程度的增大而增大。养护龄期14 d之后的充填体受损后对其后期力学性能影响显著,且不同压损程度对龄期14 d之后的充填体后期力学影响显著。结论研究结果可为上向水平充填采矿方法中充填质量的控制提供理论指导。 展开更多

关键词 尾砂胶结充填体 早期损伤 应力-应变关系 抗压强度

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尾砂胶结充填体损伤软-硬化本构模型 被引量：23

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作者 刘志祥 刘青灵 党文刚 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 2012年第2期36-41,共6页

针对灰砂比分别为1∶4,1∶8和1∶10的尾砂胶结充填体进行了力学试验,得出了其在单轴压缩条件下的物理力学特性。根据统计损伤理论,在材料微元强度服从Weibull分布规律的基础上,引入有效损伤率参数来表征损伤材料的承载能力,建立尾砂胶... 针对灰砂比分别为1∶4,1∶8和1∶10的尾砂胶结充填体进行了力学试验,得出了其在单轴压缩条件下的物理力学特性。根据统计损伤理论,在材料微元强度服从Weibull分布规律的基础上,引入有效损伤率参数来表征损伤材料的承载能力,建立尾砂胶结充填体在单轴压缩条件下的损伤软-硬化本构模型。经对比验算,尾砂胶结充填体损伤软-硬化模型与实验结果相吻合。该模型在体现尾砂胶结充填体损伤随机性、应变软化过程的同时,反映了尾砂胶结充填体峰后应变硬化过程及规律,为充填体强度设计提供了依据。 展开更多

关键词 尾砂胶结充填体 损伤 本构模型 软-硬化

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矸石胶结充填体损伤演化规律及裂纹扩展特征 被引量：10

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作者 赵兵朝 翟迪 +2 位作者 陈攀 韦启蒙 王瑞峰 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2023年第1期18-27,共10页

为研究巷柱式残采区不同承载能力煤柱旁矸石胶结充填体(GCPB)在单一荷载作用下的损伤演化规律,通过监测单轴压缩(UCS)过程中声发射响应特征、充填体前后超声波波速变化及采用扫描电镜(SEM)观测试样加载后的损伤裂纹断口微观形貌,研究了... 为研究巷柱式残采区不同承载能力煤柱旁矸石胶结充填体(GCPB)在单一荷载作用下的损伤演化规律,通过监测单轴压缩(UCS)过程中声发射响应特征、充填体前后超声波波速变化及采用扫描电镜(SEM)观测试样加载后的损伤裂纹断口微观形貌,研究了损伤裂纹由微观到宏观的能量演化规律及裂纹扩展机制。结果表明:胶结充填体强度随PC掺量的增大而增大,完整试样的波速均大于破坏后的波速;压密阶段的声发射事件率可作为判定充填体密实胶结的依据,建立了基于声发射事件数的损伤变量D和基于事件点的空间单键群架构,损伤变量D和单键群架构子集尺度Ω呈现明显的负相关;通过对比分析,主裂纹损伤阈值能量随PC掺量的增大而增大,分别为35,50,60,150 ms·mV,GCPB试件由脆性破坏向延性破坏转变;GCPB裂纹演化主要由3种不同的裂纹形核引起。以上可为充填体在矿井充填设计中提供依据。 展开更多

关键词 矸石胶结充填体 单轴压缩 声发射 损伤变量 单键群方法

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全尾砂胶结充填体弹塑性本构模型实验研究 被引量：19

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作者 吴姗 宋卫东 +1 位作者 张兴才 周家祥 《金属矿山》 CAS 北大核心 2014年第2期30-35,共6页

针对4种灰砂比、5种料浆浓度的全尾砂胶结充填体进行了单轴压缩实验,得出了其在单轴压缩条件下的物理力学特性。根据充填体单轴抗压强度分别选取灰砂比1∶6、1∶8,料浆浓度65%、70%的充填试块进行了4组不同围压下的三轴压缩实验,得到了... 针对4种灰砂比、5种料浆浓度的全尾砂胶结充填体进行了单轴压缩实验,得出了其在单轴压缩条件下的物理力学特性。根据充填体单轴抗压强度分别选取灰砂比1∶6、1∶8,料浆浓度65%、70%的充填试块进行了4组不同围压下的三轴压缩实验,得到了充填体全应力-应变曲线及其物理力学参数。根据实验结果建立了充填体线弹-弹塑-塑性软化-理想塑性的本构模型,将充填体峰后应变软化阶段分为2种情况:在围压较小时,表现出明显应变软化,应力脆性跌落;在围压较高时,应变软化不明显,峰后直接进入塑性流动状态,残余强度与峰值强度差值减小。研究结果为充填体强度设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 全尾砂胶结充填体 三轴压缩 全应力-应变曲线 弹塑性本构模型

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粉煤灰-稻壳灰基胶结充填体的力学性能、微观结构及参数优化

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作者 侯永强 尹升华 +3 位作者 王雷鸣 郑凯丹 杨科 王彦莉 《中国矿业》 2025年第8期178-189,共12页

为有效处理电厂废料粉煤灰和稻壳灰,实现固废资源的再生利用,采用粉煤灰、稻壳灰作为原材料制备胶结充填体进行矿山充填,以达到处理固废的目的。本文采用单轴抗压测试、坍落度测试及电镜扫描等试验手段,系统分析了充填体抗压强度、坍落... 为有效处理电厂废料粉煤灰和稻壳灰,实现固废资源的再生利用,采用粉煤灰、稻壳灰作为原材料制备胶结充填体进行矿山充填,以达到处理固废的目的。本文采用单轴抗压测试、坍落度测试及电镜扫描等试验手段,系统分析了充填体抗压强度、坍落度的变化特征,探明了粉煤灰-稻壳灰充填体微观结构的演化规律,并优化了充填体的配比参数。研究结果表明,添加粉煤灰能够提高料浆的坍落度,而稻壳灰、稻草纤维及激发剂掺量的增加均会导致坍落度出现下降的趋势;随着粉煤灰掺量的增加,充填体抗压强度表现出先增大后减小的趋势,合理的掺量范围在10%左右;稻壳灰掺量、稻草纤维掺量及激发剂掺量的增加均能够提高充填体的抗压强度;当粉煤灰、稻壳灰、稻草纤维及激发剂掺量分别为20%、9%、0.4%及2.5%时,胶结充填体强度及坍落度均能满足矿山充填要求,并且单位体积充填材料成本为72.88元/m^(3),可作为本次试验的最佳材料配比方案;养护龄期的延长能够显著降低试样内部空隙结构的数量及尺度,有利于粉煤灰-稻壳灰充填体内部形成更为稳固的网络支撑体系,进而增强试样的宏观力学性能。该研究成果可为粉煤灰及稻壳灰的再生利用、充填材料的配比参数设计提供理论指导和科学依据。 展开更多

关键词 胶结充填体 粉煤灰 稻壳灰 力学性能 参数优化

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废弃轮胎钢纤维改性充填体本构模型研究

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作者 刘阳 曹胜根 +4 位作者 车驰远 李江 方洁 黄欢 陈辉 《煤炭工程》 北大核心 2024年第12期140-146,共7页

为了解决深部充填开采过程中矸石胶结充填体韧性差,易发生脆性破坏、失稳的问题,提出了采用废弃轮胎钢纤维改善矸石胶结充填体的力学性能。通过单轴压缩试验,研究了掺废弃轮胎钢纤维矸石胶结充填体的应力应变曲线特征、本构模型及废弃... 为了解决深部充填开采过程中矸石胶结充填体韧性差,易发生脆性破坏、失稳的问题,提出了采用废弃轮胎钢纤维改善矸石胶结充填体的力学性能。通过单轴压缩试验,研究了掺废弃轮胎钢纤维矸石胶结充填体的应力应变曲线特征、本构模型及废弃轮胎钢纤维的作用机制。结果表明:掺废弃轮胎钢纤维充填体的峰值应变显著提高,但峰值应力下降,峰后曲线平缓,残余强度较高,充填体由脆性破坏转为延性破坏;建立的修正本构模型能较好地反映掺废弃轮胎钢纤维充填体的应力-应变关系和残余强度特征;通过电镜扫描观察发现废弃轮胎钢纤维不定向嵌入于充填体基体中,与水化产物粘结,产生阻裂效应,提高了充填体的韧性。研究成果可为废弃轮胎钢纤维改性矸石胶结充填体提供理论依据与工程设计参考。 展开更多

关键词 废弃轮胎钢纤维 矸石胶结充填体 力学特性 本构模型 微观结构

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充填体破坏特征的聚类分析及数值模拟 被引量：2

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作者 陈兵 刘忠平 +2 位作者 高亮 张哲鹏 翟迪 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第4期117-126,共10页

充填体破坏是影响矿山安全稳定的重要因素之一。为研究充填体的破坏特征,采用室内实验、机器学习层次聚类分析及数值模拟等方法,对矸石胶结充填体(GCPB)裂纹演化的全状态进行了研究。结果表明:当GCPB试样PC-5、PC-10、PC-15、PC-20的特... 充填体破坏是影响矿山安全稳定的重要因素之一。为研究充填体的破坏特征,采用室内实验、机器学习层次聚类分析及数值模拟等方法,对矸石胶结充填体(GCPB)裂纹演化的全状态进行了研究。结果表明:当GCPB试样PC-5、PC-10、PC-15、PC-20的特征键平均键长能量分别大于35、50、60、150 ms·mV时,出现宏观主裂纹面,且主裂纹破坏面随水泥掺量的增加由张拉破坏面向剪切破坏面转变;破坏过程中特征键子集尺度Ω与损伤变量D之间呈负线性相关关系,Ω可表征充填体损伤演化程度;在应力达到峰值应力和破坏后残余强度前键长值特征空间相关长度ξ表现为明显增长,为充填体宏观损伤的开始及第1次破坏结束的前兆特征;通过颗粒流程序(PFC)数值模拟,可以有效观测到裂纹的类型和变化规律,数值模拟结果与聚类分析结果一致。 展开更多

关键词 矸石胶结充填体 破坏特征 聚类分析 声发射 单键群方法 损伤变量 空间相关长度 数值反分析

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矸石固体充填散体材料注浆扩散试验研究 被引量：25

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作者 郄磊 史艳楠 刘建功 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2021年第2期120-129,共10页

为得到整体性好、抗压强度高的胶结充填体,对级配矸石散体材料进行注浆扩散研究。基于幂律流体流变方程和渗流运动方程建立了柱形扩散理论公式,并应用COMSOL Multiphysics模拟软件对浆液扩散进行了数值模拟,得到浆液扩散半径与材料孔隙... 为得到整体性好、抗压强度高的胶结充填体,对级配矸石散体材料进行注浆扩散研究。基于幂律流体流变方程和渗流运动方程建立了柱形扩散理论公式,并应用COMSOL Multiphysics模拟软件对浆液扩散进行了数值模拟,得到浆液扩散半径与材料孔隙率、水灰比和注浆压力成正相关。通过设计正交试验对级配矸石散体材料进行注浆扩散试验研究。试验结果表明,当压实力为0.8 MPa,矸石粒径级配方案为A1,水灰比为0.5:1时,胶结体3 d强度能达到3.23 MPa,21 d能达到6.28 MPa,21 d胶结体平均弹性模量为19425.4 MPa,胶结体抗压强度在养护前期增长明显,充填体整体性和力学性能得到很大改善。通过数值模拟及注浆扩散试验验证了注浆扩散规律,研究结果可为优化矸石散体材料注浆参数设计提供参考。 展开更多

关键词 矸石散体材料 孔隙率 注浆扩散 胶结充填体 力学性能

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