深部充填开采矸石-粉煤灰料浆流变特性研究

充填开采是煤矿绿色开采技术体系关键环节之一,针对充填过程中的矸石-粉煤灰基充填料浆的输送技术问题,设置了不同质量浓度、粉煤灰掺量、养护温度和时间等参数,开展了温-时耦合效应下矸石-粉煤灰充填料浆流变测试试验,探究各参数对料浆流变特性的影响。通过正交极差分析温度和静置时间对料浆屈服应力影响权重,并建立温-时耦合效应下流变参数回归模型。试验结果表明:质量浓度对料浆的流动性能影响显著,随质量浓度的增加,料浆剪切应力与剪切速率线性相关性降低,质量浓度为78%时兼具较好的流动性和稳定性;粉煤灰掺量增加会提高料浆的剪切应力和剪切增稠的程度,粉煤灰掺量为85%时料浆屈服应力最大,粉煤灰掺量75%次之,粉煤灰掺量65%最小;高温加速了料浆的水化反应速率和增强了粉煤灰的火山灰反应活性,静置120 min时养护温度50℃时屈服应力较20、35℃增幅分别为44.5%、37.5%。静置时间对料浆屈服应力的影响程度强于温度,粉煤灰掺量为75%时,温度20℃条件下料浆静置120 min后屈服应力比静置0 min增加了133.7%;不同温度条件下,料浆屈服应力随静置时间均呈线性增长趋势,拟合度均在0.9以上;最后,建立温-时耦合效应下料浆的屈服应力演化模型。通过理论模型计算结果与试验结果对比,平均误差在5%,拟合效果较好,可为煤矿充填管道输送阻力计算提供参考。

原位赋存环境下煤体结构损伤演化机理研究

煤炭资源进入深部开采之后,由于深部原位赋存环境的特殊性,深部煤体的孔隙结构、力学性质和工程响应均与浅部煤体具有较大的差异性。采用微CT扫描-三维重构技术对煤体内部细观孔隙结构进行三维定量化分析,研究原位赋存环境下煤体细观孔隙结构的差异性对其宏观力学性质及细观损伤机理的影响。通过数字岩芯-数值模拟技术对含有不同孔隙结构的数字化煤体进行单轴压缩损伤破裂数值模拟研究。研究结果表明:孔隙度、分形维数和孔隙等效直径3个参数能够较好地定量化表征三维孔隙结构特征;数字化煤体受压时,内部拉伸损伤滞后于压缩损伤且细观孔隙结构对数字化煤体力学特性和脆-延性都具有较大影响;数字化煤体的弹性模量和峰值强度随着孔隙度和分形维数的增大而减小。孔隙结构降低了数字煤体的“损伤应力阈值”,当分形维数较大时,增大了贯穿整体裂纹出现的概率,降低了数字化煤体破坏时的损伤体积占比。

全尾砂胶结充填体的渗透特性试验设计与分析

为了获得全尾砂胶结充填体的渗透特性,设计了养护时间、水泥掺量与围压对充填体渗透性影响的试验方案。借助三轴剪切渗透仪,进行了不同条件下的充填体渗透参数测试试验。基于微观测试结果,揭示了充填体渗透性能演化的内在机理。结果表明:养护时间越长、水泥掺量越大,充填体的渗透系数越小;充填体的渗透系数随围压的升高呈先急剧降低后趋于稳定的变化规律,且符合幂函数递减模型;养护时间和水泥掺量的增加降低了充填体的孔隙率,改变了其孔径分布,导致充填体内部渗流通道的迂曲率升高,致使充填体渗透系数降低。试验结果可以为设计与优化井下采场充填料浆配比提供参考。