摘要: 固体矸石充填体的压实变形直接影响煤矿采空区上覆岩层位移场和应力场。研究矸石充填体的压实力学特性、探讨矸石充填体的蠕变变形机理、分析矸石充填开采过程中采场位移场和应力场的演化规律是采空区上方地表建筑物和构筑物安全评估的基础性研究课题... 展开 固体矸石充填体的压实变形直接影响煤矿采空区上覆岩层位移场和应力场。研究矸石充填体的压实力学特性、探讨矸石充填体的蠕变变形机理、分析矸石充填开采过程中采场位移场和应力场的演化规律是采空区上方地表建筑物和构筑物安全评估的基础性研究课题，对实现“三下”安全采煤具有重要的理论价值和工程意义。本文综合运用室内试验、理论研究及数值模拟等方法，系统地研究了矸石充填开采对覆岩移动变形规律的影响。通过室内试验得到了矸石充填体的压实性能和蠕变性能，构建了矸石充填体的应力-应变关系；运用Winkler地基梁理论分析了采空区顶板的弯曲变形规律；通过数值模拟分析了采空区位移场和应力场的分布与变化规律。通过研究得到主要成果： （1）通过矸石充填体的侧限压实试验，分析了颗粒级配（Talbot指数）、材料配比（水灰质量比）对矸石充填体压缩模量、孔隙率、压实度和碎胀系数的影响规律，并构建了一种侧限矸石充填体本构模型。 （2）通过矸石充填体的压实蠕变试验，得到了矸石充填体轴向应变和孔隙率随时间变化的关系，构建了非线性黏弹塑性蠕变模型，并分析了颗粒级配（Talbot指数）对蠕变参量的影响。 （3）分析了传统垮落法开采和充填开采中覆岩移动特征，基于弹性地基梁理论建立了一种矸石充填开采覆岩移动力学模型，进而得到煤层区和充填区对顶板支撑应力的表达式。 （4）利用数值模拟软件FLAC3D结合采场实际地质参数建立矿区三维模型。根据矸石压实试验数据，利用FLAC3D内置的FISH语言，编制出矸石充填体非线性压实本构关系的代码，计算覆岩的位移场和应力场。分析了颗粒级配（Talbot指数）、充填率和材料配比（水灰质量比）对覆岩变形的影响，得到了一种矸石充填开采最优级配方案。 收起