破碎煤矸石压实过程中的非均匀变形与二次破碎特性：实验与数值模拟研究

《Powder Technology》：Non-uniform deformation and re-breaking characteristics of broken coal gangue in pressure: Experimental and numerical simulation study

本文通过受限压缩实验和基于真实轮廓的颗粒流（PFC）数值模拟，揭示了破碎煤矸石在轴向压缩下内部的非均匀变形规律（轴向位移自上而下递减）和分层二次破碎机制（上层>中层>下层），并提出了基于采空区应力分布的级配充填策略，为优化充填开采技术提供了重要理论依据。

　　

Highlight

颗粒轴向位移的演化

由于实验室实验的局限性，无法观察破碎煤矸石的微观变化。因此，引入了PFC模拟实验中的轴向位移云图来直接观察颗粒运动的整个过程。轴向位移云图中的不同颜色表示颗粒的不同位移。在图4中，红色区域代表位移大的区域，蓝色区域代表位移小的区域。

现场充填技术的应用

本研究通过PFC模拟揭示了煤矸石颗粒在轴向压缩下的细观力学机制。破碎煤矸石颗粒的尺寸与颗粒系统配位数的大小和细观结构的稳定性呈负相关，但与初始孔隙率呈正相关。此外，小粒径颗粒的平行粘结在加载过程中的断裂率更高，这表明它可以...

结论

本文提取了煤矸石的真实轮廓，并通过实验室应力-应变曲线标定了微观参数，从而建立了PFC模型。通过模拟与实验室实验相结合，实现了破碎煤矸石在承压过程中内部结构演变的可视化。从宏观和微观两个角度全面分析了破碎煤矸石在压力下的变形机制。