侧限条件下充填体-煤柱耦合承载协同作用机理

TD823; 为了解决蹬空开采过程中下伏采空区煤柱的稳定性问题,开展了侧限条件下的充填体-煤柱耦合承载压缩试验,研究不同充填体强度及充实率条件下煤柱的力学特性及其相互作用机理,分析充填体强度和充实率对煤柱的压缩特性、破坏形态、破坏强度和环向应变的影响规律,研究不同高度和强度的充填体内弹性模块上的径向应变特征,并据此建立充填体接顶和不接顶条件下的主动和被动约束分析模型.研究结果表明:充填体高度为90 mm的组合体在煤柱破坏之后的应力应变曲线表现为"阶梯式"变化,充填体高度为70和50 mm的组合体在煤柱破坏之后表现为"断崖式"下降;煤柱的破坏强度随充填体高度和强度的增长呈现非线性增长特性,随煤柱与充填体的单轴抗压强度差的减小而增加,煤柱的破坏形式随充填体强度的增加由剪切破坏逐渐过渡至劈裂破坏,充填体高度的增加可以显著提高煤柱破坏时的完整性和延长充填体包裹破坏后煤柱的承载过程.接顶条件下的充填体在轴向压缩后产生径向扩容为煤柱提供主动侧向约束,同时还要承受煤柱挤压充填体后,充填体为煤柱提供的被动侧向约束,而不接顶条件下的充填体仅为煤柱提供被动侧向约束;基于充填体接顶条件下与煤柱之间的受力分析,得到了充填体接顶条件下为煤柱提供的主动约束应力表达式,解决了充填体内主动和被动约束带来的拉压应变抵消后难以区分的问题,并利用摩尔-库伦准则得到了充填体不接顶条件下的煤柱破坏强度表达式.