为研究以尾砂为骨料、胶固粉为细集料的膏体跳采充填覆岩变形、移动及破坏的规律,以张赵煤矿102采区1021工作面为工程背景,基于相似理论建立相似物理模型,对跳采充填情况下煤柱及充填体稳定性、顶板裂隙发育、弯曲变形规律进行研究。试验结果表明:第1轮采5 m,留15 m煤柱跳采充填开采后,基本顶和直接顶基本稳定,没有变形;第2轮开采煤柱累计长度80 m,随着回采煤柱数目增多,直接顶发生下沉明显,在距开切眼90 m处1~8测点下沉最大值达到4.5 cm;当工作面完全充填开采后,上覆岩层下沉最大值为22 cm,离层发育高度为29.4 m;煤柱和充填体所受垂直应力随煤柱回采数目增多而变大,煤柱监测数据的变化呈现阶梯状增加,分为突变期、缓增期、稳定期3个阶段;充填体受力稳定在0.012~0.02 MPa之间,变形小。

为研究以尾砂为骨料、胶固粉为细集料的膏体充填材料基本物理力学特性和最优配比组合方式,采用室内材料成分分析、粒径筛分、沉降试验分别对尾砂、胶固粉的物理化学性质及流动性进行研究,并设计正交试验对不同质量浓度、不同粉砂比的尾砂膏体强度进行对比分析。试验结果表明:尾砂和胶固粉的主要化学成分相似,但含量不同,尾砂粒径大部分集中在0.1~1 mm之间,满足充填要求;随着质量浓度提高,沉降量减小,沉降时间亦缩短;当加入胶结料后,质量浓度为73%的浆液沉降值减小了3.5 mm,前10 min的沉降率为下降了14.14%;砂浆浓度一定时,充填体的强度与期龄呈正比关系,且随着粉砂比的增大,强度亦增加;粉砂比一定时,充填体强度与期龄呈正比关系,且随着料浆质量浓度的增大而增大;最优配比组合为粉砂比1∶5,质量浓度70%的充填体能满足强度要求。