一种阶段空场嗣后充填胶结充填体力学强度的确定方法技术

本申请公开了一种阶段空场嗣后充填胶结充填体力学强度的确定方法，本申请实施例依据滑楔体极限平衡理论、普氏平衡拱理论，综合考虑胶结充填体自身材料特征、一步骤矿房形态与结构尺寸、顶底板围岩与二步骤充填体综合作用、临近采场爆破震动等多因素综合影响，建立一步骤胶结充填体强度数学模型。分析各因素对需求强度的影响，在考虑安全与经济的前提下，确定出合适的需求强度，为类似金属矿山大段高嗣后胶结充填体强度确定提供借鉴。

A Method for Determining the Mechanical Strength of Cemented Backfill in Stage Open Site

【技术实现步骤摘要】
一种阶段空场嗣后充填胶结充填体力学强度的确定方法
本申请涉及胶结充填体力学强度
，特别涉及一种阶段空场嗣后充填胶结充填体力学强度的确定方法。
技术介绍
目前，资源绿色开采技术得到高度重视和飞速发展，充填采矿法具有安全、高效、低成本和环保等明显优势，成为开采中等稳固以上、中厚以上矿体的主体采矿方法。该方法将矿体分为两步骤开采，一步骤回采矿柱，然后利用胶结充填体对形成的空区进行胶结充填，形成具有一定强度和高度的人工矿柱，使人工矿柱起到支撑采矿作业所需空间的作用，二步骤回采矿房，然后进行非胶结充填，充填采矿法可以最大限度地提高资源回采率。在采矿过程中，稳定的胶结充填体是整个采矿作业的安全保障。但是相关技术无法准确的确定采矿作业中所需胶结充填体的强度，如果在采矿作业中选择较大强度的胶结充填体，会导致胶结充填体的成本过高，直接影响矿山的经济效益；如果选择较小强度的胶结充填体，则不能保证采矿作业的安全性。因此，如何能准确的确定采矿作业中所需的胶结充填体的强度，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种阶段空场嗣后充填胶结充填体力学强度的确定方法，以解决现有技术中不能准确确定采矿作业中所需的胶结充填体的强度的问题。本申请提供一种阶段空场嗣后充填胶结充填体力学强度的确定方法，所述确定方法包括：获取第一参数和第二参数，所述第一参数包括胶结填充体高度和胶结填充体宽度，所述第二参数包括下盘岩体移动角、上盘岩体移动角、矿体体重、下盘围岩体重、上盘围岩体重、矿体倾角和岩体普氏坚固性系数；根据所述第一参数和第二参数，确定下盘围岩自重力、下盘围岩顶部松散体自重力、上盘围岩自重力、上盘围岩顶部松散体自重力和胶结充填体顶部松散体自重力；获取第三参数，所述第三参数包括下盘围岩的内摩擦角、下盘围岩的粘聚力、下盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角、下盘围岩与胶结充填体接触面的粘聚力、上盘围岩的内摩擦角、上盘围岩的粘聚力、上盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角和上盘围岩与胶结充填体接触面的粘聚力；根据第三参数、矿体倾角、下盘岩体移动角、下盘围岩自重力、下盘围岩顶部松散体自重力、上盘围岩自重力、上盘围岩顶部松散体自重力、上盘岩体移动角和第一参数，确定胶结充填体受上下盘围岩受力，所述胶结充填体受上下盘围岩受力包括胶结充填体施加于下盘围岩的法向压力和胶结充填体施加于上盘围岩的法向压力；获取胶结充填体的内摩擦角，根据胶结充填体的内摩擦角，确定胶结充填体滑动角；获取非胶结充填体内摩擦角，根据非胶结充填体内摩擦角，确定主动土压力系数；获取第四参数，所述第四参数包括非胶结充填体体重和胶结充填体长度；根据第四参数、第一参数、胶结充填体滑动角和主动土压力系数，确定非胶结充填体对胶结充填体的水平推力；获取第五参数，所述第五参数包括爆破震动加速度和胶结充填体体重，根据胶结充填体长度、第一参数、胶结充填体滑动角和第五参数，确定胶结充填体所受爆破震动作用力；根据胶结充填体长度、第一参数、胶结充填体滑动角和胶结充填体体重，确定胶结充填体自重；根据胶结充填体滑动角、胶结充填体长度、矿体倾角和第一参数，确定滑动面面积、上下盘接触面在滑动面以上面积、后壁接触面在滑动面以上面积和顶部接触面面积；获取第六参数，所述第六参数包括滑动面抗滑安全系数顶部平衡拱接触面的粘聚力、后壁非胶结体接触面的粘聚力顶部平衡拱接触面的内摩擦角、后壁非胶结体接触面的内摩擦角；根据胶结充填体受上下盘围岩受力、胶结充填体顶部松散体自重力、上盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角、上盘围岩与胶结充填体接触面的粘聚力、胶结充填体所受爆破震动作用力、胶结充填体自重、非胶结充填体对胶结充填体的水平推力、下盘围岩接触面的粘聚力、第六参数、胶结充填体的内摩擦角、下盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角、滑动面面积、上下盘接触面在滑动面以上面积、后壁接触面在滑动面以上面积、顶部接触面面积、胶结充填体滑动角和矿体倾角，确定胶结充填体的粘聚力；根据胶结充填体的粘聚力和胶结充填体的内摩擦角，确定胶结充填体单轴抗压强度。进一步地，所述根据所述第一参数和第二参数，确定下盘围岩自重力、下盘围岩顶部松散体自重力、上盘围岩自重力、上盘围岩顶部松散体自重力和胶结充填体顶部松散体自重力的公式为：其中，G1为下盘围岩自重力、G2为下盘围岩顶部松散体自重力、G3为上盘围岩自重力、G4为上盘围岩顶部松散体自重力、G5为胶结充填体顶部松散体自重力、H为胶结填充体高度、W为胶结填充体宽度、θ1为下盘岩体移动角、θ2为上盘岩体移动角、γ为矿体体重、γ1为下盘围岩体重、γ2为上盘围岩体重、β为矿体倾角、f为岩体普氏坚固性系数。进一步地，所述根据第三参数、矿体倾角、下盘岩体移动角、下盘围岩自重力、下盘围岩顶部松散体自重力、上盘围岩自重力、上盘围岩顶部松散体自重力、上盘岩体移动角和第一参数，确定胶结充填体受上下盘围岩受力的公式为：其中，N1为胶结充填体施加于下盘围岩的法向压力、N4为胶结充填体施加于上盘围岩的法向压力、G1为下盘围岩自重力、G2为下盘围岩顶部松散体自重力、G3为上盘围岩自重力、G4为上盘围岩顶部松散体自重力、θ2为上盘岩体移动角、β为矿体倾角、θ1为下盘岩体移动角、为下盘围岩的内摩擦角、c1为下盘围岩的粘聚力、为下盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角、c2为下盘围岩与胶结充填体接触面的粘聚力、为上盘围岩的内摩擦角、c3为上盘围岩的粘聚力、为上盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角、c4为上盘围岩与胶结充填体接触面的粘聚力、H为胶结填充体高度、W为胶结填充体宽度。进一步地，所述根据第四参数、第一参数、胶结充填体滑动角和主动土压力系数，确定非胶结充填体对胶结充填体的水平推力的公式为：其中，N3’为非胶结充填体对胶结充填体的水平推力、a为胶结充填体滑动角、K为主动土压力系数、H为胶结填充体高度、W为胶结填充体宽度，γ3为非胶结充填体体重、B为胶结充填体长度。5.根据权利要求1所述的一种阶段空场嗣后充填胶结充填体力学强度的确定方法，其特征在于，所述根据胶结充填体长度、第一参数、胶结充填体滑动角和第五参数，确定胶结充填体所受爆破震动作用力的公式为：其中，Nb为胶结充填体所受爆破震动作用力、B为胶结充填体长度、H为胶结填充体高度、W为胶结填充体宽度、a为胶结充填体滑动角、ab为爆破震动加速度和γ4为胶结充填体体重。进一步地，所述根据胶结充填体长度、第一参数、胶结充填体滑动角和胶结充填体体重，确定胶结充填体自重的公式为：其中，G6为胶结充填体自重，B为胶结充填体长度、H为胶结填充体高度、W为胶结填充体宽度、a为胶结充填体滑动角、γ4为胶结充填体体重。进一步地，所述根据胶结充填体滑动角、胶结充填体长度、矿体倾角和第一参数，确定滑动面面积、上下盘接触面在滑动面以上面积、后壁接触面在滑动面以上面积和顶部接触面面积的公式为：S3＝B(H-Wtana)；S4＝BW；其中，S1为滑动面面积、S2为上下盘接触面在滑动面以上面积、S3为后壁接触面在滑动面以上面积、S4为顶部接触面面积、a为胶结充填体滑动角、B为胶结充填体长度、β为矿体倾角、H为胶结填充体高度、W为胶结填充体宽度。进一步地，所述根据胶结充填体受上下盘围岩受力、胶结充填体顶部松散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阶段空场嗣后充填胶结充填体力学强度的确定方法，其特征在于，所述确定方法包括：获取第一参数和第二参数，所述第一参数包括胶结填充体高度和胶结填充体宽度，所述第二参数包括下盘岩体移动角、上盘岩体移动角、矿体体重、下盘围岩体重、上盘围岩体重、矿体倾角和岩体普氏坚固性系数；根据所述第一参数和第二参数，确定下盘围岩自重力、下盘围岩顶部松散体自重力、上盘围岩自重力、上盘围岩顶部松散体自重力和胶结充填体顶部松散体自重力；获取第三参数，所述第三参数包括下盘围岩的内摩擦角、下盘围岩的粘聚力、下盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角、下盘围岩与胶结充填体接触面的粘聚力、上盘围岩的内摩擦角、上盘围岩的粘聚力、上盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角和上盘围岩与胶结充填体接触面的粘聚力；根据第三参数、矿体倾角、下盘岩体移动角、下盘围岩自重力、下盘围岩顶部松散体自重力、上盘围岩自重力、上盘围岩顶部松散体自重力、上盘岩体移动角和第一参数，确定胶结充填体受上下盘围岩受力，所述胶结充填体受上下盘围岩受力包括胶结充填体施加于下盘围岩的法向压力和胶结充填体施加于上盘围岩的法向压力；获取胶结充填体的内摩擦角，根据胶结充填体的内摩擦角，确定胶结充填体滑动角；获取非胶结充填体内摩擦角，根据非胶结充填体内摩擦角，确定主动土压力系数；获取第四参数，所述第四参数包括非胶结充填体体重和胶结充填体长度；根据第四参数、第一参数、胶结充填体滑动角和主动土压力系数，确定非胶结充填体对胶结充填体的水平推力；获取第五参数，所述第五参数包括爆破震动加速度和胶结充填体体重，根据胶结充填体长度、第一参数、胶结充填体滑动角和第五参数，确定胶结充填体所受爆破震动作用力；根据胶结充填体长度、第一参数、胶结充填体滑动角和胶结充填体体重，确定胶结充填体自重；根据胶结充填体滑动角、胶结充填体长度、矿体倾角和第一参数，确定滑动面面积、上下盘接触面在滑动面以上面积、后壁接触面在滑动面以上面积和顶部接触面面积；获取第六参数，所述第六参数包括滑动面抗滑安全系数顶部平衡拱接触面的粘聚力、后壁非胶结体接触面的粘聚力顶部平衡拱接触面的内摩擦角、后壁非胶结体接触面的内摩擦角；根据胶结充填体受上下盘围岩受力、胶结充填体顶部松散体自重力、上盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角、上盘围岩与胶结充填体接触面的粘聚力、胶结充填体所受爆破震动作用力、胶结充填体自重、非胶结充填体对胶结充填体的水平推力、下盘围岩接触面的粘聚力、第六参数、胶结充填体的内摩擦角、下盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角、滑动面面积、上下盘接触面在滑动面以上面积、后壁接触面在滑动面以上面积、顶部接触面面积、胶结充填体滑动角和矿体倾角，确定胶结充填体的粘聚力；根据胶结充填体的粘聚力和胶结充填体的内摩擦角，确定胶结充填体单轴抗压强度。...

【技术特征摘要】
1.一种阶段空场嗣后充填胶结充填体力学强度的确定方法，其特征在于，所述确定方法包括：获取第一参数和第二参数，所述第一参数包括胶结填充体高度和胶结填充体宽度，所述第二参数包括下盘岩体移动角、上盘岩体移动角、矿体体重、下盘围岩体重、上盘围岩体重、矿体倾角和岩体普氏坚固性系数；根据所述第一参数和第二参数，确定下盘围岩自重力、下盘围岩顶部松散体自重力、上盘围岩自重力、上盘围岩顶部松散体自重力和胶结充填体顶部松散体自重力；获取第三参数，所述第三参数包括下盘围岩的内摩擦角、下盘围岩的粘聚力、下盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角、下盘围岩与胶结充填体接触面的粘聚力、上盘围岩的内摩擦角、上盘围岩的粘聚力、上盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角和上盘围岩与胶结充填体接触面的粘聚力；根据第三参数、矿体倾角、下盘岩体移动角、下盘围岩自重力、下盘围岩顶部松散体自重力、上盘围岩自重力、上盘围岩顶部松散体自重力、上盘岩体移动角和第一参数，确定胶结充填体受上下盘围岩受力，所述胶结充填体受上下盘围岩受力包括胶结充填体施加于下盘围岩的法向压力和胶结充填体施加于上盘围岩的法向压力；获取胶结充填体的内摩擦角，根据胶结充填体的内摩擦角，确定胶结充填体滑动角；获取非胶结充填体内摩擦角，根据非胶结充填体内摩擦角，确定主动土压力系数；获取第四参数，所述第四参数包括非胶结充填体体重和胶结充填体长度；根据第四参数、第一参数、胶结充填体滑动角和主动土压力系数，确定非胶结充填体对胶结充填体的水平推力；获取第五参数，所述第五参数包括爆破震动加速度和胶结充填体体重，根据胶结充填体长度、第一参数、胶结充填体滑动角和第五参数，确定胶结充填体所受爆破震动作用力；根据胶结充填体长度、第一参数、胶结充填体滑动角和胶结充填体体重，确定胶结充填体自重；根据胶结充填体滑动角、胶结充填体长度、矿体倾角和第一参数，确定滑动面面积、上下盘接触面在滑动面以上面积、后壁接触面在滑动面以上面积和顶部接触面面积；获取第六参数，所述第六参数包括滑动面抗滑安全系数顶部平衡拱接触面的粘聚力、后壁非胶结体接触面的粘聚力顶部平衡拱接触面的内摩擦角、后壁非胶结体接触面的内摩擦角；根据胶结充填体受上下盘围岩受力、胶结充填体顶部松散体自重力、上盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角、上盘围岩与胶结充填体接触面的粘聚力、胶结充填体所受爆破震动作用力、胶结充填体自重、非胶结充填体对胶结充填体的水平推力、下盘围岩接触面的粘聚力、第六参数、胶结充填体的内摩擦角、下盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角、滑动面面积、上下盘接触面在滑动面以上面积、后壁接触面在滑动面以上面积、顶部接触面面积、胶结充填体滑动角和矿体倾角，确定胶结充填体的粘聚力；根据胶结充填体的粘聚力和胶结充填体的内摩擦角，确定胶结充填体单轴抗压强度。2.根据权利要求1所述的一种阶段空场嗣后充填胶结充填体力学强度的确定方法，其特征在于，所述根据所述第一参数和第二参数，确定下盘围岩自重力、下盘围岩顶部松散体自重力、上盘围岩自重力、上盘围岩顶部松散体自重力和胶结充填体顶部松散体自重力的公式为：其中，G1为下盘围岩自重力、G2为下盘围岩顶部松散体自重力、G3为上盘围岩自重力、G4为上盘围岩顶部松散体自重力、G5为胶结充填体顶部松散体自重力、H为胶结填充体高度、W为胶结填充体宽度、θ1为下盘岩体移动角、θ2为上盘岩体移动角、γ为矿体体重、γ1为下盘围岩体重、γ2为上盘围岩体重、β为矿体倾角、f为岩体普氏坚固性系数。3.根据权利要求1所述的一种阶段空场嗣后充填胶结充填体力学强度的确定方法，其特征在于，所述根据第三参数、矿体倾角、下盘岩体移动角、下盘围岩自重力、下盘围岩顶部松散体自重力、上盘围岩自重力、上盘围岩顶部松散体自重力、上盘岩体移动角和第一参数，确定胶结充填体受上下盘围岩受力的公式为：其中，N1为胶结充填体施加于下盘围岩的法向压力、N4为胶结充填体施加于上盘围岩的法向压力、G1为下盘围岩自重力、G2为下盘围岩顶部松散体自重力、G3为上盘围岩自重力、G4为上盘围岩顶部松散体自重力、θ2为上盘岩体移动角、β为矿体倾角、θ1为下盘岩体移动角、为下盘围岩的内摩擦角、c1为下盘围岩的粘聚力、为下盘围岩与胶结充填体接触面的内摩擦角、c2为下盘围岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：房智恒，邓星良，蒋江晨，贺兵红，彭南良，
申请(专利权)人：中冶长天国际工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43