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作者：王海龙;王晓帆;王晓卿;孟祥旭;赵振华;翟利军;
单位：临沂大学土木工程与建筑学院;山东省地矿工程勘察院(山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队);中煤科工开采研究院有限公司;青岛乾坤兴智能科技有限公司;临沂会宝岭铁矿有限公司;
摘要：将井下采掘过程中产生的矸石直接填充采空区,不仅可以减少地面土地的压占,还能有效控制采空区顶板的稳定性,但在时间效应影响下,矸石会因承压变形减弱对顶板的支承,进而引发地表塌陷。为了研究井下矸石的真实粒径级配特征及其承压变形规律,采用图像信息提取技术获取井下矸石的真实粒径级配,并按照等比例缩放原则配置与井下矸石级配分布一致的矸石试样,利用承压变形试验装置研究了矸石试样在相同加载时长(24 h)、不同恒定载荷设定值(5、10、15、20 MPa)下的承压变形规律。结果表明:井下矸石堆从矸石块的数量上呈现小块径占比较多、随块径增大逐渐变小的趋势,从矸石块的质量上呈现小块径矸石占比较少、随块径增大而先增大后减小的趋势;矸石试样承压过程分为加载和恒载2个阶段,随恒定载荷设定值增大,加载阶段的变形量占比呈增大趋势;恒载阶段也可细分为快速变形和缓慢变形2个过程,恒载时长相同,较低的恒定载荷设定值下矸石试样会产生较大的应变量;在承压变形过程中,小粒径矸石不断增多,大粒径矸石不断减少, 10～15 mm粒径的矸石块属于稳定粒径;在某一恒定载荷作用下,随着典型矸石块层位与载荷施加面距离的增加,典型矸石块的破坏程度逐渐变小;随着矸石层与载荷施加面距离的增大,矸石层竖向压缩量逐渐减少;在不同恒定载荷设定值下,随着矸石层位与载荷施加面距离的增加,矸石试样所承受的竖向压力均呈逐渐减小的趋势。从破坏、变形和受力3个方面验证了矸石试样竖向载荷传递折减效应。研究结果可为矸石充填型采空区地表沉陷的预测及防治提供参考。
关键词：矸石充填;;级配特征;;承压变形;;载荷传递折减;;图像处理
基金资助：国家自然科学基金资助项目(51704152);; 中国博士后科学基金资助项目(2022M711969);; 山东省高等学校青创团队计划资助项目(2022KJ112)
