风积沙-黄土协同增强煤基固废膏体力学特性

王振平; 文浩; 辛民; 郝雨涛; 刘柏; 王旭; 王福泰; 张铎

doi:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2026.0306

西安科技大学学报 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (03) : 530 -542. DOI: 10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2026.0306

风积沙-黄土协同增强煤基固废膏体力学特性

王振平, 文浩, 辛民, 郝雨涛, 刘柏, 王旭, 王福泰, 张铎

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摘要

为解决煤基固废大量堆积引发的环境问题，以煤基固废与风积沙作为主要骨料，采用正交试验方法，配制煤基固废膏体充填试件;通过单轴抗压强度试验与微观结构分析，识别影响充填体强度的关键因素，并结合单轴压缩应力-应变试验，研究充填体在不同应力阶段的变形特性及破坏规律。结果表明:充填体28 d平均抗压强度为13.9 MPa，满足麻黄梁煤矿4.9 MPa的强度要求，影响抗压强度的主要因素是“风积沙+黄土”/水泥掺量，粉煤灰/水泥掺量的影响程度最小，抗压强度形成主要源于水泥水化反应与煤矸石、粉煤灰中活性Si O₂、Al₂O₃火山灰反应的协同作用;煤矸石提供骨架支撑，粉煤灰二次水化生成C-S-H凝胶，风积沙与黄土优化颗粒级配，共同提升密实度与力学性能，当煤矸石/水泥掺量为1.5、粉煤灰/水泥掺量为1.5、“风积沙+黄土”/水泥掺量为0.5、质量浓度为77%时，充填体弹性模量较高，峰值应力前裂隙发育程度较低，峰值后显著增大;裂隙演化过程依次经历闭合、发育、扩展与贯通阶段，反映了荷载作用下材料内部应力累积、裂缝萌生与扩展直至破坏的全过程，煤基固废膏体应力-应变曲线呈现“初始压密-弹性变形-屈服与塑性变形-破坏”四阶段特征。研究可为煤基固废在充填开采中的工程应用提供理论依据与技术参考。