针对充填开采过程中顶板冒落矸石影响充填体强度和破坏形式的问题，提出了充填体−散体胶结组合体的结构模型，借助声发射三维定位技术对组合体试样加载过程中的AE事件对应破坏过程进行表征；高强度的充填体虽然可以提高组合体的单轴抗压强度，但是组合体中的充填体强度越高，组合体的强度折减越严重，抗压强度较小的粉砂岩在破坏过程中会出现因剪切破坏形成的破裂面，而抗压强度较大的灰岩可以利用散体颗粒自身的抗剪强度承受剪切荷载；当胶结散体内的胶结基质失效或散体颗粒破碎时，充填体和胶结散体的结构面发生非均匀压缩变形，致使充填体在散体破坏的结构面上产生应力集中现象，导致上部的充填体局部发生剪切破坏，充填体的破坏是轴向应力和结构面非均匀变形的共同作用结果。
赵兵朝1,2 , 王京滨1 , 张晴1, 马云祥1, 翟迪1, 陈攀1, 韦启蒙1, 郭亚欣1
1. 西安科技大学 能源学院
2. 西安科技大学 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室
为研究充填开采过程中采空区内冒落矸石对充填体的影响，对不同散体高度、散体岩性及充填体强度的充填体−散体胶结组合体进行单轴压缩试验，借助声发射三维定位技术对组合体试样的单轴压缩破坏过程进行实时监测，通过AE事件的时间参数与应力应变曲线4个阶段的起始时间点相结合，对加载过程中AE事件对应的变形破坏过程进行表征，并基于此建立了组合体结构面破坏模型。研究结果表明：散体高度与组合体强度呈负相关关系，充填体与散体胶结组合体高度比为1∶4的组合体单轴抗压强度仅为单一充填体的55.0%；散体岩性和充填体强度与组合体强度呈正相关关系，虽然高强度的充填体可以提高组合体的单轴抗压强度，但是组合体中的充填体强度越高，组合体的强度折减越严重。当胶结散体中的颗粒岩性为强度较低的粉砂岩时，组合体单轴抗压强度仅为单一充填体的42.9%；抗压强度较小的粉砂岩在破坏过程中会出现因剪切破坏形成的破裂面，而抗压强度较大的灰岩可以利用散体颗粒自身的抗剪强度承受剪切荷载；当胶结散体内的胶结基质失效或散体颗粒破碎时，充填体和胶结散体的结构面发生非均匀压缩变形，致使充填体在散体破坏的结构面上产生应力集中现象，导致上部的充填体局部发生剪切破坏，充填体的破坏是轴向应力和结构面非均匀变形的共同作用结果。
教授
博士生导师
赵兵朝，山西晋城人，博士，教授，博士生导师，现任能源学院院长，全国煤炭教学名师、全国煤炭教育先进个人、陕西省教学名师、煤炭工业技术委员会井工开采与设计专家委员会委员、中国岩石力学学会采矿岩石力学分会常务理事、陕西省应急管理厅煤矿专业组专家、山西省煤炭学会千人智库高级专家，《煤矿安全》、《矿业安全与环保》青年专家学术委员会委员。
主持国家自然科学基金面上项目2项、主持各类纵、横向科研项目30余项；获省部级科技成果特等奖1项、一等奖2项、二等奖4项；出版专著《榆神府矿区保水开采覆岩导水裂隙带发育高度研究》1部，发表学术论文60余篇；获发明专利5项、实用新型专利5项、软件著作权5项。
1、矿区开采损害预计与评价
2、建（构）筑物下安全开采
3、水体下安全开采
1、研究了生态脆弱区厚松散层薄基岩、黄土沟壑及山区丘陵下煤层开采的地表损害特征，并以基采比和基载比为关键参数，揭示了生态脆弱区煤层开采损害特征形成的机理，为进一步揭示生态脆弱区煤层开采地表损害特征与形成机理提供了依据。
2、构建了近浅埋煤层采动覆岩隔水层稳定性评价模型，给出了以下沉系数为关键参数的关键层覆岩“三带”位置的判定准则；以覆岩极限曲率和地表水平变形作为关键参数，给出了近浅埋煤层采动上行导水裂缝发育高度和下行导水裂缝发育深度预计公式。
3、研究了充填开采过程中采空区内冒落矸石对充填体的影响，获取了散体高度、散体岩性及充填体强度对充填体强度的影响规律，对加载过程中AE事件对应的变形破坏过程进行表征，建立了组合体结构面破坏模型，对顶板冒落矸石后充填体的强度设计和破坏准则提供了重要的理论指导。
4、基于充填体接顶条件下与煤柱之间的受力分析，揭示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，可为蹬空开采下伏采空区煤柱的稳定性问题提供试验依据和理论支撑。
赵兵朝，王京滨，张 晴，等. 充填体−散体胶结组合体力学特性试验研究[J]. 煤炭科学技术，2023，51（7）：298−309
ZHAO Bingchao，WANG Jingbin，ZHANG Qing，et al. Experimental study on mechanical properties of filling-bulk ce-menting combination body[J]. Coal Science and Technology，2023，51（7）：298−309
END 责任编辑：朱恩光
设计排版：冯春晖
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