以防控地表沉陷为目标的充填开采技术，当前核心矛盾在于各类充填材料难以有效协调充填强度与吨煤成本之间的关系。本论文核心创新点在于以“减少物料”为优化方向，提出了一种高孔隙率、低胶材用量、模量强度可调、便捷施工的新型充填材料“富孔贫胶固废充填料”。揭示了该材料宏观强度受其骨料-胶材双组分强度的控制作用以及短板效应，为工程应用中根据现场出矸条件，计算最优自密实胶材配比，从而实现材料强度最大化利用提供理论依据与数学模型。
崔春阳1，李春元1，王美美1，杨冠宇1，薛珊珊1，王卫2
1. 煤炭科学研究总院有限公司 深部开采与冲击地压防治研究院
2. 中国长江三峡集团有限公司 科学技术研究院
为缓解井下充填骨料来源不足及固体充填捣实费时的问题，提出对松堆高孔隙率含矸固废骨料进行非填隙胶结，应用松堆落矸与自密实灌浆工艺试制了一种新型富孔贫胶固废充填材料。以该材料中胶结浆体与固废骨料双组分强度为正交变量，在室内开展了单轴压缩破坏试验，研究了其单轴压缩破坏的强度特征及破坏面统计规律；考虑浆体强度与骨料强度共同影响，建立了基于破坏面统计特征的双组分强度概化模型；定义了胶结浆体与固废骨料的综合强度利用率，分析了富孔贫胶固废充填材料最优配比范围及吨煤成本趋势。结果表明：自密实净浆固化强度与固废骨料强度共同控制富孔贫胶固废充填材料的单轴压缩强度与剪切面破断模式，两种组分强度与充填材料宏观强度呈现显著正相关关系；充填材料强度受到两种组分强度的短板效应制约，当一种组分强度富余时，另一种组分破坏比例将占主导；富孔贫胶固废充填材料单轴压缩呈剪切破坏模式，剪切面呈单斜面型与交叉斜面型，剪切面的平均角度为55.4°；应用富孔贫胶固废充填材料后松堆骨料的密实度可由85%降低至58%，且当现场固废骨料强度确定时，可根据最优配比范围确定胶结浆体强度以实现充填材料强度的最大化利用，从而降低固体充填的压实作业耗时与单方矸石用量。
博士
助理研究员
崔春阳，男，1992年生，宁夏银川人，博士，助理研究员。本科、直博毕业于清华大学，耶鲁大学联合培养，现任煤炭科学研究总院有限公司深地科学院科研骨干，主要从事岩石动力学、新型水泥基材料等研究工作。作为负责人带领团队完成“富孔贫胶固废充填材料与结构化胶结技术”、“可控冲击原理与装备应用”、“可控冲击震源-散射地震复杂地质结构高精度物探成套技术装备”、“动力相似材料与煤岩动力灾害过程物理模拟新技术”等研究课题；发表SCI/EI论文十余篇；研发成果授权中国、美国、澳大利亚等发明专利18项，授权软件著作权5项，形成完备的专利布局与工程应用；获省部级科技进步奖二等奖1项。
岩石动力学，自密实水泥基材料，可控冲击理论与装备，高精度地质结构物探
1、研发了以自密实水泥基胶材为胶结剂的富孔贫胶固废充填材料与结构化胶结技术，提出了该材料的骨料-胶材双组分强度模型与强度短板效应，为工程预测充填体强度及最大化利用组分强度提供了可靠的数学模型及配比设计方案。
2、提出了基于伴随波场与神经网络的冲击弹头体型反演方案，实现了复杂冲击脉冲波形的物理准确激发，并依此研制了“宽频可控波形SHPB冲击试验平台”、“高信噪比可控冲击震源车”等系列衍生装备。
3、基于宽频可控波形SHPB冲击试验平台，测试发现煤岩材料在高速冲击环境下具有显著的波形效应与率时程效应，相同能量、不同波形应力波可引起材料在动模量、动强度及破坏程度等方面的显著差异。
4、基于可控冲击震源车作业的地震道集，在相同输入能量条件下具有比炸药震源、电火花震源、可控震源更高的反射信号信噪比，结合散射地震成像方法实现了对煤矿浅部采空区的高效精确定位成像。
崔春阳,李春元,王美美,等.富孔贫胶固废充填材料双组分破坏试验及强度模型[J].煤炭科学技术,2023,51(9): 77-87.
CUI Chunyang, LI Chunyuan, WANG Meimei, et al. Failure test and strength model of high-porous low-cementitious waste backfilling material [J]. Coal Science and Technology, 2023, 51(9): 77-87.
END 责任编辑：朱恩光
设计排版：冯春晖
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