采空区冒落矸石承压变形特征及侧向压力分布规律研究

在覆岩载荷作用下,采空区冒落矸石会产生施加于巷旁支护体或煤柱上的侧向压力,在时间效应影响下,侧向压力可能引发巷旁支护体或煤柱失稳,进而诱发地表塌陷。为研究采空区冒落矸石承压变形特征及侧向压力分布规律,研制了可测量侧向压力的组合式冒落矸石承压变形试验装置。以满足均匀粒径分布的5−30 mm的冒落矸石为例,通过设置相同加载总时长(16 h)、相同目标载荷(10 MPa)、不同数量加载水平(水平1、2、4),研究冒落矸石承压变形特征、侧向压力分布规律及试验前后粒径变化情况。结果表明:随载荷增加,冒落矸石变形逐渐增大,残余碎胀系数和空隙率逐渐减小,加载较恒载阶段尤为明显;恒载初期,轴向应变增长较快,而后逐渐变缓并趋于平稳,若不发生应变突增,时间-应变呈现对数关系;目标载荷相同,加载总时长一致,随加载水平数量增加,恒载阶段产生的总应变显著增加,分别为3.02%、9.07%和17.72%,表明随加载水平数量增加,虽然载荷对冒落矸石输入的总能量减少,但却对冒落矸石的滑移填充和结构调整起到了明显的促进作用;冒落矸石侧压力系数随着载荷增加明显变大;冒落矸石体展现出较强的载荷传递折减效应,自冒落矸石体顶界面垂直向下呈现递减变化;承压变形过程中,粒径为5~10 mm的冒落矸石含量处于动态平衡状态,为稳定粒径。