The method for identifying the sudden change of overburden instability under the support of cemented pillars in metal mines is to establish the spatial stress model of overburden in mined-out areas and calculate the stress components when only gravity and beam support force are applied; when overburden is only tectonic stress, the stress components are calculated; when cemented pillars are used in pillars, the stress components are calculated; according to the catastrophe theory, a person is established. Catastrophe model of overburden instability and failure under industrial and mining pillar support: cusp catastrophe analysis is carried out separately, and the basis for judging overburden stability is obtained. According to the catastrophe theory criterion of overburden instability failure, the quantitative relationship between overburden failure and roof stability of mined-out area under cemented pillar support and the span and depth of mined-out area can be obtained, and the quantitative relationship between overburden failure and mining span and mining depth of mined-out area can be obtained, which provides a basis for the design of mining parameters in deep metal mines.
【技术实现步骤摘要】
胶结矿柱支护下金属矿采空区覆岩失稳突变判别方法
本专利技术属于金属矿山采矿安全防控
,具体涉及在胶结矿柱支护下金属矿山采空区覆岩失稳突变的判别方法,可为金属矿山深部开采,开采深度与采空区跨度的参数设计提供参考依据。
技术介绍
采空区突发性大面积顶板垮落属于岩体系统突发性动力失稳问题,岩体系统突发性动力失稳灾害的孕育阶段是准静态的,但是其发生是动态的,伴有大量弹性能释放,造成岩体动力破碎、围岩振动,是一种高度非线性状态下的复杂行为,失稳之后的系统处于一种新的稳定状态。近年来多用突变理论研究参数连续变化导致系统状态突变。突变理论由Thom最先提出,它以不连续现象为研究对象,运用拓扑学、奇点理论和结构稳定性等数学工具,研究某种系统(过程)从一种稳定状态到另一种稳定状态的跃迁,讨论动力学系统中状态发生跳跃性变化的一般规律。其主要阐述不同参数的连续性的变化是如何导致不连续现象的产生。尖点突变模型(图1)是矿山最常用的模型,其势能函数标准形式为:V(x)=x4+ux2+vx(A)(A)式中x为状态变量,u和v为两个控制变量。其中x表示系统当前所处的状态情况;u和v是表示顶板或围岩的变量,对(A)式求导,可得尖点突变模型的平衡曲面方程:V″(x)=12x2+2u=0(B)式(B)是系统处于平衡位置的临界点方程,可得u-v平面上各区域的V(x)图形即尖点突变参数平面图(见图2)。从图1中可知,在(x,u,v)三维空间中的图形是由上、中、下三叶组成的具有褶皱的光滑曲面图,上、下两叶是稳定的、中叶为不稳定的,尖拐点或折叠的集合称为奇点集,其在u-v平面的投影称为分叉集。 ...
【技术保护点】
1.胶结矿柱支护下金属矿采空区覆岩失稳突变判别方法,其特征在于,包括如下步骤:第一步:建立采空区覆岩空间应力模型,计算只有重力和梁支撑力作用时,各项应力分量;假设势函数为
【技术特征摘要】
1.胶结矿柱支护下金属矿采空区覆岩失稳突变判别方法,其特征在于,包括如下步骤:第一步:建立采空区覆岩空间应力模型,计算只有重力和梁支撑力作用时,各项应力分量;假设势函数为则有边界条件为:式中,h为开采深度,m;a为开采跨度,m;b为开采厚度,m;ρ为岩石容重,kg/m3;g为重力加速度m/s2;x为x轴上的坐标;y为y轴上的坐标;z为z轴上的坐标;c1、c2、c3、c4分别代表函数方程的引入常数;从而求得覆岩各项应力为:第二步:当覆岩只有构造应力作用时,分析边界条件,计算得出各项应力分量;其边界条件为:从而解得:式中:h为开采深度,m;a为开采跨度,m;b为开采厚度,m;k为覆岩所受构造应力作用力与深度成正比的比例系数;μ为泊松比;第三步:当矿柱采用胶结矿柱时,周边对岩体有剪应力作用,假设剪应力与岩体深度成正比,比例系数为p,分析边界条件,计算得出各项应力分量;其边界条件为:从而解得:第四步:当岩体受支撑力和构造应力共同作用时有各项应力分量:最终得出整个覆岩势能:式中h为开采深度,m;a为开采跨度,m;...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵康,宁富金,王庆,严雅静,于祥,顾水杰,黎强,朱胜唐,
申请(专利权)人:江西理工大学,
类型:发明
国别省市:江西,36
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