大采高综采工作面采空区垮落矸石刚度实验

孙闯^1,2，闫少宏²，徐乃忠³，尹希文³，田国灿³

1. 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室2. 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院3. 煤炭科学研究总院开采设计研究分院

摘 要：为了揭示采空区垮落矸石刚度的变化规律,针对大采高综采工作面采空区矸石刚度取值缺乏依据的研究现状,自主设计和研发了矸石压缩实验装置,以灰岩、中砂岩、粗砂岩为样本,结合岩石力学伺服试验机,设计18组实验方案,按照矸石破碎→粒径筛分→样本装入实验装置→试验机压缩→清理压缩后的碎渣→再次盛装的实验步骤,测试（1）岩性相同但粒径（10～20,20～25,25～35 mm）不同情况下;（2）粒径组合相同、岩性组合（组合灰岩中砂岩、组合粗砂岩中砂岩）不同情况下;（3）粒径组合相同、不同单一岩性情况下破碎矸石载荷与压缩位移的关系式。然后根据相似材料实验原理,对得出的曲线关系进行转换,拟合出了采空区不同单一岩性、不同组合岩性、不同破碎程度时的矸石刚度取值公式。研究表明,当垮落带矸石产生相同的压缩位移时:（1）岩性为灰岩的垮落带矸石刚度>岩性为中砂岩的垮落带矸石刚度>岩性为粗砂岩的垮落带矸石刚度;（2）大粒径的灰岩矸石刚度>组合大中小粒径的灰岩矸石刚度>中粒径的灰岩矸石刚度>小粒径的灰岩矸石刚度;（3）组合岩性的矸石刚度介于两种岩性刚度之间,其中组合岩性中较硬的岩性刚度>组合岩性的矸石刚度>组合岩性中较硬的岩性刚度;（4）同样破碎情况下,矸石刚度与矸石的硬度成正比例关系。

关键词：矸石压缩实验;采空区矸石刚度;组合粒径;组合岩性;