井下矸石级配特征及承压变形规律研究.pdfVIP

第7卷第4期采矿与岩层控制工程学报Vol.7No.4

2025年8月JOURNALOFMININGANDSTRATACONTROLENGINEERINGAug.2025

王海龙,王晓帆,王晓卿,等.井下矸石级配特征及承压变形规律研究[J].采矿与岩层控制工程学报,2025,7(4):043029.

WANGHailong,WANGXiaofan,WANGXiaoqing,etal.Gradationcharacteristicsandload-bearingdeformationruleofganguein

underground[J].JournalofMiningandStrataControlEngineering,2025,7(4):043029.

井下矸石级配特征及承压变形规律研究

1,213425

王海龙,王晓帆,王晓卿,孟祥旭,赵振华,翟利军

(1.临沂大学土木工程与建筑学院,山东临沂276000;2.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),山

东济南250014;3.中煤科工开采研究院有限公司,北京100013;4.青岛乾坤兴智能科技有限公司,山东青岛266000;5.临沂会宝岭铁矿有限

公司,山东临沂277712)

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(24h)、不同恒定载

荷设定值(5、10、15、20MPa)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,10~15mm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

中图分类号:TD327文献标志码:A文章编号:2096−7187(2025)04−3029−14

Gradationcharacteristicsandload-bearingdeformation

ruleofgangueinunderground