矿井水环境中矸石胶结充填体强度损伤及蠕变特性研究

来源 :赵永辉 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liangxianke
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
利用矸石骨料胶结充填材料进行结构充填开采能有效解决煤炭开采面临的资源与环境问题,实现资源再利用,对于降低碳排放,实现“碳达峰”与“碳中和”具有重要的意义。由于矿井下环境较为复杂,常含有大量的矿井水,矿井水中一般含有SO42-、H+、Mg2+、Cl-、HCO3-等侵蚀性离子,处于其中的充填体不仅需要承受上覆岩层荷载,还会受到侵蚀性离子的长期化学侵蚀,强度和变形会发生变化,严重情况下会发生失稳破坏,进而影响顶板稳定性。因此,研究荷载与矿井水侵蚀耦合作用下矸石胶结充填体的强度损伤及变形特性,为充填体的耐久性设计提供理论指导并采取相应措施,从而保证充填体的长期稳定对于维持采空区的稳定性具有重要意义。鉴于此,本文采用试验研究及理论分析等方法对矸石胶结充填体在矿井水环境中的强度损伤及蠕变特性进行系统性研究。主要研究内容及结论如下:(1)开展了不同环境(空气、水、硫酸溶液、硫酸溶液与荷载耦合)中充填体强度随龄期变化试验,发现空气中与水中养护的充填体抗压强度随着龄期的增长而增大,且增长趋势逐渐减缓,硫酸溶液中的充填体前90天强度不断增长且增长速率大于空气中及水中养护的充填体,在90天时达到最大值后不断下降,且下降速率逐渐加快,硫酸溶液与荷载耦合作用下的充填体由于荷载的压实作用强度随龄期下降较慢。可利用电阻率和超声波来监测充填体的长期稳定性。(2)进行了不同p H值硫酸溶液,不同应力强度比及不同侵蚀方式下充填体的长期强度损伤及蠕变试验,结果表明:硫酸溶液中承受不同压应力充填体试件的变形均随着时间的增长而增加,且前期增长较快,后期增长较慢。硫酸溶液p H值越大,试件前期的变形越迅速,后期变形越缓慢,侧面浸泡侵蚀的充填体蠕变远大于顶部侵蚀。建立了充填体在硫酸溶液中的蠕变模型。结合SEM及XRD,发现施加80%应力强度比的荷载对充填体产生难以修复损伤,加速了侵蚀性离子在充填体中的渗透作用。可以将声发射能量的突变作为判定充填体破坏的预兆。(3)开展了施加不同等级应力充填体在硫酸镁溶液中的长期强度损伤及蠕变试验,发现在小于50%应力-强度比的范围内,随着承受压应力的增加,未受侵蚀试件与受侵蚀试件抗压强度均呈大趋势,且增大趋势逐渐平缓。受侵蚀及未受侵蚀充填体的变形均随时间的推移而增长,随压应力级别的增加而增大。未受侵蚀作用的充填体变形初期增速较快,后期增长较慢,最终趋近于定值。受侵蚀充填体初期变形与未受侵蚀充填体相似,但后期仍有较大增长。(4)进行了硫酸侵蚀作用下充填体强度及变形尺寸效应试验,结果表明:不同条件下充填体的单轴抗压强度均随着尺寸的增大而越小,荷载作用对尺寸越小的充填体抵抗硫酸侵蚀的影响越大。可将声发射振铃的突变及电阻率的稳定阶段作为判定充填体破坏的前兆,DIC技术可被用来观测的全场应变演化云图展现试件表面裂纹的萌生、扩展、联结及贯通演化全过程。根据不同尺寸矸石胶结充填体的峰值应力、峰值应变、Weibull分形参数、弹性模量等参数得到标准养护28天、硫酸与荷载耦合作用下矸石胶结充填体在单轴压缩过程中的损伤模型及本构方程,为结构充填中充填体的设计提供理论指导和数据参考。
其他文献
国内部分炼厂以渣油为原料,经深度催化裂化(DCC)生产丙烯、丁烷、丁烯等低碳烯烃。石油炼厂的二氧化碳排放25%来源于催化裂化过程。本文以DCC工业运行装置(年处理量为150万吨渣油)为参考,提出渣油催化裂解过程耦合二氧化碳循环利用制聚碳酸酯系统(DCC-P&CO2-PPC),以DCC裂解产品气中的丙烯及再生器产生的二氧化碳为原料,生产高附加值的聚碳酸酯(PPC)产品,并对此系统进行优化和多维度分析
学位
采空区是矿井煤自燃灾害的多发地,占火灾事故总量的60%以上。预防和治理煤自燃的关键在于自然发火位置的精准定位。同位素测氡法作为一种行之有效的火源位置探测技术,已在中国、澳大利亚的多个自燃灾害严重矿区进行了应用。由于氡气从地下深部迁移至近地表的过程十分复杂,受多种因素影响,其长距离输运机制尚无明确定论,这严重制约着同位素测氡技术的探测精度和实际应用效果。为进一步探究氡长距离迁移机制,构建完整的煤自燃
学位
煤炭作为我国重要能源之一,其安全高效开采一直以来都是煤矿行业所关注的热点。无人值守工作面自动化生产技术是高效安全开采的发展方向,然而,刮板输送机直线度控制是制约这一技术发展的瓶颈之一。刮板输送机作为综采工作面煤炭运输设备,在与采煤机、液压支架协同作业时如果无法保持直线状态,将会影响采煤机的平稳运行,减少采煤设备的使用寿命,严重时还可能会导致采煤机脱离运行轨道,发生井下安全事故。因此,研究刮板输送机
学位
多环芳烃广泛存在于重化石资源中,油类中多环芳烃的存在会导致油品的十六烷值降低,使其重质劣质化。多环芳烃的不完全燃烧及排放会造成严重的环境污染。多环芳烃的催化加氢是当今重化石资源利用的重点课题,开发高活性的催化剂是多环芳烃加氢的关键技术,负载型贵金属催化剂是工业生产中油品加氢精制的重要催化剂,并且表现出优异的催化加氢活性。本论文以γ-Al2O3为载体,使用贵金属Pd制备了一系列Pd基催化剂用于模型化
学位
在“互联网+”的时代,人工智能、物联网、5G、云计算等技术对工业的影响日益显著,这些技术极大地提高了生产效率,扩大了工业控制系统使用的创造性,但这些益处也带来了额外的网络安全风险。工控协议被广泛应用于工业控制系统组件之间的通信,其安全性关系到整个系统的安全稳定运行,从而导致对于工业网络安全评估工具的需求越来越高。模糊测试是一种可以发现网络协议安全漏洞有效方法,但若协议的规范和实现过程均不可知,则很
学位
苯乙烯作为一种常用的疏水单体,在橡胶、树脂、塑料合成等领域具有重要的作用。而我国富煤贫油的特点也使采用煤基甲苯甲醇侧链烷基化制苯乙烯意义非凡。与传统石油基苯乙烯生产工艺相比,甲苯和甲醇侧链烷基化制苯乙烯具有廉价,能耗低,副反应少(不产生二氧化碳)等优点。而高活性和稳定性催化剂的开发仍然是制约该项目工业化的瓶颈问题。本课题组前期研究发现,合适的酸碱性强度是甲苯和甲醇侧链烷基化反应的关键。为了考察催化
学位
手性分子与人类的生命和生活息息相关,高效、高选择性地合成光学纯的手性分子一直是合成化学追求的目标之一。不对称催化以其独有的手性增殖优势,成为创制手性分子最高效的策略之一。有机小分子催化的不对称反应作为一种核心的不对称催化类型,近二十年来得到了极大的发展。其中,手性磷酸作为常见的有机小分子催化剂之一,其参与的不对称反应发展迅猛,其催化的反应机理与选择性控制因素受到广泛重视;但针对手性磷酸催化分子内胺
学位
煤炭资源作为我国最重要的能源矿产资源之一,其开采量巨大,在国内能源的消费占比非常高。煤矿资源维系着国家命脉,对国民经济发展具有重大意义,煤矿生产条件和生产安全也因此成为至关重要的一环。现如今,煤矿井下的作业环境已有较大改善,但由于环境特殊,作业情况错综复杂,矿井内仍有较多的安全隐患而煤矿运输作为维系各工作单位及上下井之间联系的枢纽,矿井运输安全水平亟待提高。为了协助驾驶员安全行车,需设计一种适用于
学位
近年来,随着数据信息的快速增长,深度学习技术的引入使得语音增强实现了新的突破和发展。传统语音增强算法存在许多限制条件,且无法保证语音信号的质量和可懂度。而基于深度学习的语音增强方法要优于传统的算法,其中深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)仅使用少量的网络层就保证了去噪效果,但是其单一的自身结构限制了语音增强性能的提升,且该网络没有充分利用相位信息使得网络不利于语音信息的恢
学位
金属有机骨架(MOFs)材料具有比表面积大、孔隙率高且结构灵活可调节等特性,在气体吸附分离、非均相催化等领域表现出良好的应用前景。类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是一类常见的MOFs材料,除了具有MOFs优点外,还具有沸石的特性,如优异的热稳定性和化学稳定性。相较于传统的微孔ZIFs材料,多级孔ZIFs材料具有微孔、介孔或大孔结构特性,有机地结合了传统微孔ZIFs材料和介孔材料的优势,在实际应用中
学位