【摘 要】
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在金属矿胶结充填采矿方法中,充填体与预留矿柱协同作用,支撑上部顶板围岩,形成矿柱-充填体协作支撑支护系统。由于现场施工很难实现完全充填接顶,因此一般认为充填体是抑制矿柱侧向膨胀而表现为被动支护作用,但是充填体的侧向支护作用只有矿柱处于峰后变形失稳阶段才得以充分发挥。在充填体发挥支撑作用过程中,矿柱和充填体之间的接触面的抗剪性能是影响矿柱-充填体相互作用及其支撑性能的一个重要影响因素。因此,研究充填
【基金项目】
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国家重点研发计划项目2016YFC0801607； 国家自然科学基金（51525402,51874069,51761135102）； 中央高校基本科研业务费资助（N170108028,N170106003,N160103005）；
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在金属矿胶结充填采矿方法中,充填体与预留矿柱协同作用,支撑上部顶板围岩,形成矿柱-充填体协作支撑支护系统。由于现场施工很难实现完全充填接顶,因此一般认为充填体是抑制矿柱侧向膨胀而表现为被动支护作用,但是充填体的侧向支护作用只有矿柱处于峰后变形失稳阶段才得以充分发挥。在充填体发挥支撑作用过程中,矿柱和充填体之间的接触面的抗剪性能是影响矿柱-充填体相互作用及其支撑性能的一个重要影响因素。因此,研究充填体接顶质量、矿柱-充填体交界面的力学剪切特性、矿柱受力状态对充填体-矿柱相互作用机理的影响,对于评价矿柱-充填体协作支撑系统的稳定性具有重要的理论意义,对于指导深部地下采场设计具有工程价值。基于以上认识,本文研究内容主要包括以下几个方面:1、利用Bragg光栅传感器和位移传感器测试了早期含有不同水泥含量的胶结充填体内部应变、温度和沉降特征,揭示了充填体固化阶段泌水沉缩、化学收缩、结构强度和内部温度变化对充填体沉降的耦合作用机制,并分析了造成充填体沉降而影响接顶的关键因素。2、基于协调变形和荷载传递原理,分别建立了矿柱-充填体协同支撑系统在接顶和不接顶条件下的力学模型,开展了不同条件下矿柱-充填体协作支撑单元的极限承载力研究,分析了矿柱-充填体交界面摩阻力在充填体不接顶时对系统承载特性的影响。3、分别对矿柱、充填体、矿柱-充填体交界面进行直剪试验,研究了三者在峰值和残余剪切变形阶段剪切强度参数变化以及剪切变形特征,分析了矿柱、充填体以及两者交界面在不同阶段剪切参数的变化规律。4、自行研制了双轴加载装置,测试了矿柱-充填体支撑单元在不同充填率、侧向应力下的承载力、矿柱强度变化规律和矿柱与充填体的破坏模式,揭示了充填体在接顶和不接顶条件下对于矿柱-充填体支撑系统的作用机制,并分析了界面摩擦力对于矿柱峰前变形阶段支撑系统承载力的影响。5、开展了含节理矿柱与充填体的相互作用试验,测试了含节理矿柱-充填体支撑单元在不同充填率、侧向应力条件下的承载力、矿柱强度变化规律,并分析了矿柱稳定状态对于充填体作用机制的影响。
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