一種地下采場(chǎng)膠結(jié)充填體強(qiáng)度動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及充填法開(kāi)采領(lǐng)域，尤其涉及大型地下礦床充填法開(kāi)采的充填體強(qiáng)度設(shè) 計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 采礦作業(yè)是個(gè)動(dòng)態(tài)演化過(guò)程，充填體的受力環(huán)境復(fù)雜多變，且本身是個(gè)非線(xiàn)性復(fù) 雜多相介質(zhì)體。充填體與圍巖作用關(guān)系不僅與采場(chǎng)開(kāi)采強(qiáng)度、開(kāi)采深度等因素相關(guān)，同時(shí) 還與充填體配比和充填質(zhì)量相關(guān)，因此充填體強(qiáng)度選擇是個(gè)動(dòng)態(tài)匹配設(shè)計(jì)的過(guò)程。充填 體的配比和強(qiáng)度是節(jié)約充填成本和保障采場(chǎng)安全作業(yè)重點(diǎn)因素之一，特別是一些對(duì)充填 體早期強(qiáng)度要求較高的充填采方法；在確定采場(chǎng)充填體強(qiáng)度方面，國(guó)外的充填強(qiáng)度值約 為l-2MPa，而國(guó)內(nèi)的有色冶金類(lèi)礦山作業(yè)規(guī)范里明確規(guī)定，下向充填法的充填體強(qiáng)度須上 5.OMPa以上；對(duì)于其它的各種充填采礦方法的充填體強(qiáng)度值的選定，設(shè)計(jì)院及相關(guān)科研單 位通常依據(jù)經(jīng)驗(yàn)推薦充填體強(qiáng)度4-5MPa(金川鎳礦選4. 5MPa)，因而致使國(guó)內(nèi)充填體的強(qiáng) 度通常比國(guó)外選取的強(qiáng)度值高，直接導(dǎo)致國(guó)內(nèi)礦山充填成本高，目前還沒(méi)有一個(gè)精確、合適 的設(shè)計(jì)方法來(lái)確定采場(chǎng)充填體強(qiáng)度。
[0003] 充填體的三向受力狀態(tài)往往被研宄人員忽視，認(rèn)為充填體本身只須滿(mǎn)足自立性， 這會(huì)影響研宄充填體與圍巖作用關(guān)系，從而影響充填體強(qiáng)度的選擇。由此，根據(jù)礦床開(kāi)采深 度、開(kāi)采強(qiáng)度及充填質(zhì)量等多方面對(duì)充填體與圍巖作用特性影響，將充填體與圍巖相互作 用力學(xué)模型簡(jiǎn)化為側(cè)壓相同的三維受力問(wèn)題，設(shè)計(jì)出不同采礦強(qiáng)度、開(kāi)采深度條件下的充 填體強(qiáng)度動(dòng)態(tài)確定方法，旨在為礦山設(shè)計(jì)提供合理指導(dǎo)和依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種地下采場(chǎng)膠結(jié)充填體強(qiáng)度動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)方法。該方法可依 據(jù)礦床開(kāi)采深度、開(kāi)采強(qiáng)度及充填質(zhì)量等條件，將充填體與圍巖相互作用力學(xué)模型簡(jiǎn)化為 側(cè)壓相同的三維受力問(wèn)題，對(duì)采場(chǎng)膠結(jié)充填體的強(qiáng)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，且設(shè)計(jì)出的膠結(jié)充填 體的強(qiáng)度即能滿(mǎn)足充填體三向受力條件，又能維持自身穩(wěn)定性。
[0005] 一種地下采場(chǎng)膠結(jié)充填體強(qiáng)度動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0006] (1)根據(jù)采場(chǎng)埋藏深度，通過(guò)靜水壓力理論計(jì)算出采場(chǎng)充填體頂部受力值和側(cè)向 受力值；
[0007] 所述設(shè)計(jì)方法的對(duì)象是隨機(jī)的，可依據(jù)任何采場(chǎng)的實(shí)際埋藏深度計(jì)算出充填體頂 部和側(cè)向受力值，根據(jù)靜水壓力理論，由下式計(jì)算出采場(chǎng)周邊應(yīng)力狀態(tài)，
[0008] 充填體頂部受力公式：
[0009] 〇v=yH(1)
[0010] 式⑴中y為采場(chǎng)上覆巖層的密度；
[0011] H為采場(chǎng)的埋藏深度；
[0012] 充填體側(cè)向受力公式：
[0013]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種地下采場(chǎng)膠結(jié)充填體強(qiáng)度動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 根據(jù)采場(chǎng)埋藏深度，通過(guò)靜水壓力理論計(jì)算出采場(chǎng)充填體頂部受力值和側(cè)向受力 值； 所述設(shè)計(jì)方法的對(duì)象是隨機(jī)的，可依據(jù)任何采場(chǎng)的實(shí)際埋藏深度計(jì)算出充填體頂部和 側(cè)向受力值，根據(jù)靜水壓力理論，由下式計(jì)算出采場(chǎng)周邊應(yīng)力狀態(tài)， 充填體頂部受力公式： O V= γΗ (I) 式（1)中γ為采場(chǎng)上覆巖層的密度； H為采場(chǎng)的埋藏深度； 充填體側(cè)向受力公式：
式⑵中λ為構(gòu)造系數(shù)，通常取I. 1~1. 3 ; 其中，所述公式（2)中，以
之比作為充填體側(cè)向受力的修正系數(shù)； (2) 將充填體與圍巖相互作用力學(xué)模型簡(jiǎn)化為側(cè)壓相同的三維受力問(wèn)題，采場(chǎng)充填體 的破壞遵循Hoek-Brown經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則； Α、對(duì)地下采場(chǎng)空區(qū)進(jìn)行充填時(shí)，保證充填體與采場(chǎng)周邊圍巖接觸良好，與頂部圍巖完 全接頂； Β、將置于地下采場(chǎng)的充填體受力情況進(jìn)行分解：頂部受到垂直應(yīng)力，側(cè)向受到相同側(cè) 壓大小的水平應(yīng)力； C、 將力學(xué)模型中頂部巖體產(chǎn)生的外界力〇v和側(cè)向壓力〇 a分別視為充填體發(fā)生破壞 時(shí)的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力，并滿(mǎn)足以下準(zhǔn)則：
式（3)中〇。為充填體單軸抗壓強(qiáng)度； m，s為無(wú)量綱參數(shù)，代表充填體的完整性，與充填顆粒類(lèi)型、摩擦角、充填質(zhì)量以及開(kāi)采 強(qiáng)度有關(guān)，通常s = 0~(λ 9, m = (λ 0001~25. 0。 D、 當(dāng)采場(chǎng)開(kāi)采強(qiáng)度一定時(shí)，開(kāi)采擾動(dòng)對(duì)引起圍巖能量變化是一定的，充填體的作用只 需提供足夠彌補(bǔ)開(kāi)采產(chǎn)生的形變能就能保持圍巖的穩(wěn)定。 (3) 根據(jù)不同條件的充填采場(chǎng)對(duì)膠結(jié)充填體的質(zhì)量要求，確定膠結(jié)充填體的完整性指 標(biāo)； Α、對(duì)充填體質(zhì)量等級(jí)劃分； Β、根據(jù)采場(chǎng)充填采礦方法類(lèi)型賦予現(xiàn)場(chǎng)所需充填體的完整性指標(biāo)； (4) 將滿(mǎn)足在特定充填質(zhì)量要求下的膠結(jié)充填體強(qiáng)度值與同時(shí)滿(mǎn)足采場(chǎng)充填體自立要 求時(shí)的強(qiáng)度值對(duì)比，取二者間最大值。 Α、將確定好的指標(biāo)代入式（3)中進(jìn)行充填體強(qiáng)度計(jì)算。 Β、地下采場(chǎng)充填體亦須滿(mǎn)足其自立性要求，計(jì)算公式如下： (4)
式中〇d作用在充填體底部的垂直應(yīng)力； h充填體的高度； w充填體的寬度； P充填體容重。 C、選擇兩種方法計(jì)算得到的最大值，此值即為采場(chǎng)充填體所需的最佳值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下采場(chǎng)膠結(jié)充填體強(qiáng)度動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 所述步驟（1)的核心是通過(guò)靜水壓力理論明確充填體頂部受力和側(cè)向受力，實(shí)現(xiàn)充填體實(shí) 際受力狀態(tài)的規(guī)范化；確定了充填體的受力狀況與采場(chǎng)的埋深存在聯(lián)系。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下采場(chǎng)膠結(jié)充填體強(qiáng)度動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 所述步驟（2)的核心是要求膠結(jié)充填體的破壞遵循Hoek-Brown經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下采場(chǎng)膠結(jié)充填體強(qiáng)度動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 所述步驟（3)可以根據(jù)針對(duì)不同的充填法類(lèi)型對(duì)充填體的要求，賦予充填體的完整性指 標(biāo)；不同的充填體完整性指標(biāo)，體現(xiàn)的充填體強(qiáng)度值不同，充填質(zhì)量越好，即充填體越完整， 所需的充填體的強(qiáng)度值也越小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下采場(chǎng)膠結(jié)充填體強(qiáng)度動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 所述步驟（4)的核心是設(shè)計(jì)的充填體動(dòng)態(tài)強(qiáng)度必須滿(mǎn)足以下兩條件：準(zhǔn)則一是要滿(mǎn)足充填 體自身穩(wěn)定性要求；準(zhǔn)則二是滿(mǎn)足多因素條件下的三向應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則，并取二者間的最大 值。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種地下采場(chǎng)膠結(jié)充填體強(qiáng)度動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，屬充填法開(kāi)采領(lǐng)域。該設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：(1)根據(jù)采場(chǎng)埋藏深度，通過(guò)靜水壓力理論計(jì)算出采場(chǎng)充填體頂部受力值和側(cè)向受力值；(2)將充填體與圍巖相互作用力學(xué)模型簡(jiǎn)化為側(cè)壓相同的三維受力問(wèn)題，采場(chǎng)充填體的破壞遵循Hoek-Brown經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則；(3)根據(jù)不同條件的充填采場(chǎng)對(duì)膠結(jié)充填體的質(zhì)量要求，確定膠結(jié)充填體的完整性指標(biāo)；(4)將滿(mǎn)足在特定充填質(zhì)量要求下的膠結(jié)充填體強(qiáng)度值與同時(shí)滿(mǎn)足采場(chǎng)充填體自立要求時(shí)的強(qiáng)度值對(duì)比，取二者間最大值。本發(fā)明的特點(diǎn)是既考慮了實(shí)際采場(chǎng)的膠結(jié)充填體頂部受力狀況及現(xiàn)場(chǎng)充填質(zhì)量，又能適應(yīng)采場(chǎng)尺寸變化對(duì)膠結(jié)充填體的強(qiáng)度值進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。
【IPC分類(lèi)】G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104750940
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510166900
【發(fā)明人】徐文彬
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日