《煤礦固體充填體密實度控制機理與方法研究》是依託中國礦業大學，由黃艷利擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：煤礦固體充填體密實度控制機理與方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：黃艷利
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
固體廢棄物充填採煤技術是我國獨創的煤炭綠色開採技術之一，實現了礦區固體廢棄物規模化置換“三下”壓煤，減弱了煤炭開採沉陷對環境的影響，而實施該項技術的關鍵之一是充填體密實度控制，也是固體充填採煤技術推廣套用中亟需開展研究與完善的理論之一。本項目在分析不同因素影響下固體充填體密實度變化規律以及不同外力作用下固體充填材料顆粒破碎特徵與級配變化的基礎上，建立固體充填體連續-離散耦合的細觀力學模型，揭示主控因子對固體充填體密實度的控制機理；建立固體充填材料有機組合、顆粒級配最佳化的密實度控制方法，以及機械化夯實控制固體充填體密實度方法；研發固體充填體監測與控制系統，構建固體充填體密實度監控反饋機制，對不同試驗礦井固體充填體密實度進行現場實測分析，為採用固體充填採煤的“三下”壓煤礦井充填材料選擇、機械夯實機構最佳化及密實度控制提供理論指導。
結題摘要
固體充填採煤技術的套用實現了礦區固體廢棄物規模化置換“三下”壓煤，減弱了煤炭開採沉陷對環境的影響，而實施該項技術的關鍵之一是充填體密實度控制，也是固體充填採煤技術推廣套用中亟需開展研究與完善的理論之一。本項目通過最佳化與設計固體充填體密實度測試實驗系統，在分析不同因素對固體充填材料密實度的影響規律與外力作用下固體充填材料顆粒破碎特徵與級配變化的基礎上，建立了固體充填體連續-離散耦合的細觀力學模型，研究了散體矸石充填材料在三軸壓縮條件下的宏-細觀力學特徵；在系統分析機械夯實控制固體充填體密實度動態變化的機理的基礎上，建立了固體充填材料有機組合及顆粒級配最佳化的密實度控制方法，以及機械化夯實控制固體充填體密實度方法；構建了固體充填體密實度現場測試方法，研發了固體充填體監測與控制系統，建立了固體充填體密實度監控反饋機制。研究表明：鬆散矸石側限壓縮過程中，側壓力與軸壓成正比關係，科學合理的粒徑配比能有效控制鬆散矸石的側壓係數；鬆散矸石的承載能力隨著圍壓的增加而增加；隨著圍壓的增加試樣內部力鏈間的相互貫通程度逐漸增強，接觸力鏈總數及顆粒間最大接觸力逐漸增大；在豎向壓力的傳遞過程中大粒徑矸石表面接觸力明顯大於小粒徑矸石表面接觸力，表現出明顯的骨架作用，是鬆散矸石抗變形能力的主體；經前期循環載入之後試樣再次承載時其抗變形能力顯著提高；試樣破碎率Bg隨循環載入次數的增加而增加，當循環載入次數超過4次時，試樣破碎率逐漸趨於穩定，試樣中最大粒組顆粒破碎最明顯；在固體充填採煤過程中，通過在夯實機構安裝夯實力監測儀對其夯實力進行實時監測，並根據監測結果不斷調整充填工藝和夯實機構的夯實力，能夠保證充填體的承載性能達到設計要求。研究成果為採用固體充填採煤的“三下”壓煤礦井的採空區密實度控制提供指導，對豐富固體充填採煤理論，完善固體充填採煤方法具有重要理論意義，並具有廣闊的套用前景。
