膏体充填开采及材料性能对地面建筑物安全性影响研究

摘要

膏体充填开采可以有效的控制地表沉陷，减小地面建筑物移动变形，从而保护地面建筑物的安全。充填材料性能是充填开采技术的核心，是关系到充填开采能否有效控制地表沉陷、保护地面建筑物的安全性的关键。本文以淄博矿业集团岱庄煤矿2301膏体充填工作面为工程背景，综合运用调查归纳、理论分析、室内实验、理论预计和现场实测等方法，开展了膏体充填开采及材料性能对地面建筑物安全性影响研究。
　　论文分析了膏体充填开采对地面建筑物影响的各个因素，并结合煤矿膏体充填的实际经验，得出了充填材料性能是充填开采影响地面建筑物的关键因素。
　　运用正交试验中的极差分析和直观分析的方法，得出了各因素（水泥含量、灰矸比、浓度）对各考察指标（凝结时间、塌落度、分层度、泌水率及充填体抗压强度）影响的主次程度以及各指标随各因素的变化趋势。并在此基础上，研制了煤矸石膏体充填材料最优配比为水泥：粉煤灰：煤矸石为1：2.22：4.44，浓度为75％，在此配比条件下充填膏体的可泵性和强度都达到最佳。
　　通过充填材料力学性能试验研究，揭示了充填膏体力学特性（抗拉强度、单轴压缩强度、弹性模量、泊松比）随时间的变化规律，并运用最小二乘法建立了各力学参数与时间的回归方程。
　　通过单轴和三轴压缩试验，得出了充填膏体在单轴和三轴状态下的全应力-应变曲线以及不同围压状态下充填膏体的极限抗压强度。完善并拓展了充填膏体单轴压缩全应力-应变过程的六个阶段。同时，揭示了充填体三轴压缩变形表现出与单轴压缩变形不一样的特征，即在不同围压作用下，充填体三轴压缩只表现出两阶段变形的特征：线弹性变形阶段和塑性强化阶段，基本不存在软化阶段。充填材料这一特性对于有效的控制地面沉陷，保护地面建筑物安全性具有重要的意义。
　　最后，运用理论预计和现场实测相结合的方法，通过对膏体充填开采控制地表变形进行预计和现场岩移实际观测，对地面建筑物安全性进行评价，同时提出了充填开采过程中保护地面建筑物不被损害的安全技术措施。

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1 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

2 充填开采对地面建筑物影响因素分析

2.1 矿区工程地质条件

2.2 采矿工程因素

2.3 充填顶底板移近量

2.4 膏体充填材料性能

2.5 本章小结

3 煤矿膏体充填开采材料配比优化试验研究

3.1 充填材料选择及配比优化的原则

3.2 充填材料的物理化学性质

3.3 试验仪器

3.4 试验方案设计

3.5 试验结果及分析

3.6 配比优化结果

3.7 本章小结

4 煤矿膏体充填开采材料力学性能试验研究

4.1 岩石力学性能试验系统简介

4.2 现场钻孔采样方案

4.3 充填膏体单轴拉伸试验

4.4 充填膏体单轴压缩试验

4.5 充填膏体三轴压缩试验

4.6 充填膏体力学特性分析

4.7 本章小结

5 充填开采对地面建筑物安全性影响研究

5.1 充填开采引起地面建筑物移动变形预计

5.2 地表移动实际观测

5.3地面建筑物安全性评价

5.4 安全技术措施

5.5 本章小结

6 结论和展望

6.1 主要结论

6.2 本文创新点

6.3 有待于进一步研究的问题

致谢

攻读硕士学位期间主要科研及成果

参考文献