粉煤灰固化充填密閉特性參數數值模擬研究.pdf

1、隨著我國能源結構的調整及采礦技術的不斷發(fā)展，新的生產工藝及技術給礦井帶來較大經濟效益，同時也使得礦井災害防治面臨著新的挑戰(zhàn)。一方面采空區(qū)永久密閉墻受壓、沖擊后破裂損壞嚴重，致使采空區(qū)遺煤自燃事故頻發(fā)；另一方面井下聯巷增多，密閉工作量大且受壓后破損嚴重，漏風現象普遍，給礦井正常生產造成了較大的影響。傳統(tǒng)密閉墻的構筑工作量大、時間長、成本高，受壓破裂后容易造成煤自然發(fā)火。近幾年，國內外學者對密閉墻新型充填材料展開了大量理論及實驗研究，提出了

2、一系列高強度、低成本、高彈性充填密閉材料。然而井下施工情況及地質條件復雜多變，密閉墻構筑后墻體的密閉效果難以估算，密閉墻穩(wěn)定性、可靠性難以保證，密閉墻受壓或沖擊后破壞性難以估算，這些問題能否解決關系到井下防滅火工作成效。
　　本文結合當前國內外在礦井密閉墻的研究現狀，總結了防滅火密閉墻在煤礦的應用現狀及密閉墻材料研究進展；探討了密閉墻的作用機理和破壞因素、穩(wěn)定性判定指標。以粉煤灰為基料，水玻璃及熟石灰組合作為固化劑，通過三因素四水

3、平正交實驗測定了混合漿液流動度、初終凝時間、抗壓強度，結合井下工程指標優(yōu)化了粉煤灰固化充填密閉材料配比。利用單軸、三軸實驗機對最佳配比進行了力學性能測試，得到了單軸三軸壓縮作用下充填材料的應力～應變規(guī)律、破壞特征及相應的力學特性參數。結合理論力學基礎，基于抗剪強度、最大剪應力、最大彎矩理論與密閉墻的關系推導了密閉墻的理論厚度?；诰虏煽諈^(qū)永久密閉墻的作用機理和破壞原理，對永久密閉墻進行力學分析并建立了力學數學模型及相應的本構模型和邊界

4、條件；針對云岡煤礦8617工作面回風巷地質條件，結合理論厚度公式得到了相應的不同數值模擬工況，采用FLAC3D軟件對各工況下密閉墻的應力場、位移場和塑性區(qū)進行數值模擬分析，從理論上驗證分析了該工作面回風巷永久密閉墻的合理厚度?；诼摻j巷密閉墻的破壞機理和影響因素，針對云崗礦8617工作面聯絡巷密閉段地質條件，結合理論厚度公式得到了相應的不同數值模擬工況，采用ANSYS軟件建立了聯絡巷密閉墻三維數值模型并確立了相應的邊界條件，引入了基于A

5、NSYS軟件建模的FLAC3D導入技術，利用FLAC3D軟件對不同工況聯巷密閉墻進行數值模擬后得到了各工況下密閉墻的應力場、位移場和塑性區(qū)，從理論角度確定了該工作面聯絡巷密閉墻的合理位置和墻體厚度。
　　本文基于實驗研究確定了粉煤灰固化材料最優(yōu)配比及其力學特性參數，根據理論分析建立了密閉墻力學模型及數值模型和邊界條件；通過數值模擬確定了采空區(qū)永久密閉墻及聯絡巷密閉墻的關鍵參數，為更加有效的確定密閉墻特性參數提供理論依據，對采空區(qū)及