煤炭科学技术

作者：李晓磊, 杜献杰, 冯国瑞, 巨峰, 王建伟, 刘文昊, 郑远翔,

关键词：粉煤灰占比, 矸石胶结充填体, 单轴压缩试验, 承载特征, 强度调控, 强度形成机制,

在煤矿结构充填开采中，不同充填率条件下对矸石胶结充填体强度的需求不同，拟通过改变粉煤灰在水泥–粉煤灰二元胶凝材料用量中的占比(下称“粉煤灰占比”)调控矸石胶结充填体强度，对不同粉煤灰占比(0～90%)矸石胶结充填体进行单轴压缩试验，探明矸石胶结充填体的强度调控范围，结合数字图像相关技术对试样破坏形态进行分析，结合声发射事件对试样脆延性破坏模式进行分析。采用承压筒法和单轴压缩试验分别测定了煤矸石的强度和不同粉煤灰占比水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度，并根据煤矸石的强度与水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度关系揭示矸石胶结充填体的强度形成机制。研究结果表明：矸石胶结充填体强度随着粉煤灰占比的增加而减少，实现了较大的矸石胶结充填体强度调控范围：1.77 ～30.04 MPa。不同强度范围的矸石胶结充填体试样对应的破坏形态和脆延性破坏模式也不同，材料性质发生了质的变化。随着粉煤灰占比的增加，在破坏形态方面，矸石胶结充填体试样由剪切破坏(0～50%粉煤灰占比)向拉剪复合破坏(60%～80%粉煤灰占比)再向拉伸破坏(90%粉煤灰占比)转变，对应的强度范围分别为20.8 ～30.04 MPa,5.63～12.35 MPa和1.77 MPa；在脆延性破坏模式方面，试样由脆–延性破坏(0～40%粉煤灰占比)转变为延性破坏(50%～90%粉煤灰占比)，对应的强度范围分别为24.64 ～30.04 MPa和1.77 ～20.8 MPa。矸石胶结充填体的强度由水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度(1.43 ～55.5 MPa)和煤矸石的强度(平均强度为4.43 MPa)共同决定。水泥–粉煤灰二元胶凝材料对矸石胶结充填体的强度贡献较大，煤矸石使矸石胶结充填体的强度受限。所得试验结果为结构充填中充填材料的强度选择提供参考。

来源：2024年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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