一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法技术

本发明专利技术公开了一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法，包括步骤一、计算强度充填体固结过程中的收缩率；二、计算膨胀充填体固结过程中的膨胀系数；三、建立充填体的平衡方程、变形协调方程和物理方程；四、对充填体进行临界状态分析，得到膨胀充填体和强度充填体的充填高度。本发明专利技术的方法步骤简单，设计合理，实现方便，能够有效应用在联合充填采矿中充填体的充填高度分析计算中，为实现以现代煤化工和炼镁行业的废渣为主要原料进行充填奠定理论基础，实现资源循环利用，进而产生巨大的社会效益和经济效益，效果显著，便于推广。便于推广。便于推广。

【技术实现步骤摘要】
一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法


[0001]本专利技术属于资源循环利用
，具体涉及一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法。

技术介绍

[0002]煤化工产业可实现煤炭资源高效利用，直接关系到国家的能源战略发展规划。2015年至2019年期间，我国现代煤化工快速发展，截至2019年可实现煤炭年转化能力约3.1亿吨标准煤，但是产生的大量煤气化渣固废(占投煤量的20％)严重危害当地的生态环境，制约现代煤化工的可持续发展。因此，加快现代煤化工绿色低碳发展，减少固废排放，甚至实现零排放，势在必行。
[0003]金属镁及其合金作为“21世纪的绿色工程材料”在我国的经济发展中具有重要地位。截止2019年，我国原镁产量96.9万吨，但是我国金属镁的生产主要采用皮江法，每生产1吨镁将产生6～8吨镁渣废弃物，且炙热镁渣在冷却过程中会膨胀粉化，产生大量粉尘，严重污染当地环境。
[0004]目前，对镁渣和煤气化渣等工业固废材料的处置方式仍以填埋为主，一般是利用天然沟壑，做防渗处理后建造成渣场，进行填埋，填埋后表面覆垦；大量占用土地，存在严重污染大气、水源和地表生态的隐患，同时大量的镁渣和煤气化渣被填埋，造成了资源的极大浪费。与此同时，随着环保相关措施出台，充填法开采成为目前应用广泛的采矿法之一。充填过程中，良好的接顶才能使充填体起到支撑顶板的作用。但实践中通常由于充填材料离析等原因，导致充填体收缩无法接顶，不能充分发挥充填体的承载作用。
[0005]有人提出了联合充填方法，包括在接顶部分采用膨胀性充填体进行充填，但膨胀性充填体的充填高度应当适中，充填高度不当会影响充填效果以及后续的开采作业，现有技术中，还缺乏具体的应用在联合充填采矿中的充填体充填高度量化分析方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法，其方法步骤简单，设计合理，实现方便，能够有效应用在联合充填采矿中充填体的充填高度分析计算中，为实现以现代煤化工和炼镁行业的废渣为主要原料进行充填奠定理论基础，实现资源循环利用，进而产生巨大的社会效益和经济效益，效果显著，便于推广。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法，所述充填体包括强度充填体和膨胀充填体，所述膨胀充填体位于强度充填体的上方，所述充填高度分析方法包括以下步骤：
[0008]步骤一、计算强度充填体固结过程中的收缩率；
[0009]步骤二、计算膨胀充填体固结过程中的膨胀系数；
[0010]步骤三、建立充填体的平衡方程、变形协调方程和物理方程；
[0011]步骤四、对充填体进行临界状态分析，得到膨胀充填体和强度充填体的充填高度。
[0012]上述的一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法，步骤一中所述强度充填体为改性镁渣基充填体。
[0013]上述的一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法，所述改性镁渣基充填体通过将改性镁渣与工业固废材料混合胶凝制成，所述改性镁渣为对皮江法炼镁产生的镁渣进行活性保持和稳定性保持处理后的镁渣，所述工业固废材料包括采矿废渣、冶金废渣、燃料废渣、化工废渣和建筑废材中的一种或多种，且至少一种能够消除改性镁渣中不安定组分。
[0014]上述的一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法，所述改性镁渣基充填体的收缩率计算公式为：
[0015][0016]其中，R
c
为改性镁渣基充填体的收缩率，x为改性镁渣基充填体的竖向收缩量，H为充填体的总高度。
[0017]上述的一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法，步骤二中所述膨胀充填体为原镁渣基充填体，
[0018]上述的一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法，所述原镁渣基充填体通过将原镁渣与工业固废材料混合胶凝制成，所述原镁渣为皮江法炼镁产生的镁渣。
[0019]上述的一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法，所述原镁渣基充填体的膨胀系数计算公式为：
[0020][0021]其中，R
e
为原镁渣基充填体的膨胀系数，y为原镁渣基充填体的竖向膨胀量，H为充填体的总高度。
[0022]上述的一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法，步骤三中所述充填体的平衡方程为：
[0023]F1+ρ1gh1+ρ2gh2‑
F2＝0
[0024]其中，F1为顶板给充填体提供的约束反力，F2为底板给充填体提供的约束反力，ρ1为膨胀充填体的密度，ρ2为强度充填体的密度，h1为膨胀充填体的充填高度，h2为强度充填体的充填高度，且h1+h2＝H，g为重力加速度；
[0025]步骤三中所述充填体的变形协调方程为：
[0026]Δl1＝Δl2[0027]其中，Δl1为膨胀充填体的变形量，Δl2为强度充填体的变形量；
[0028]步骤三中所述充填体的物理方程为：
[0029][0030]其中，F
N1
为膨胀充填体的内部轴力，且F
N1
＝F1+ρ1gx，F
N2
为强度充填体的内部轴力，且F
N2
＝F2‑
ρ2gy，E1为膨胀充填体的弹性模量，E2为强度充填体的弹性模量。
[0031]上述的一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法，步骤四中所述临界状态
包括第一临界状态和第二临界状态，当充填体处于第一临界状态时，所述膨胀充填体与顶板处于刚刚接触状态，顶板提供的约束反力F1为0，所述强度充填体的充填体积达到最大值，此时F
N1
＝ρ1gx，根据充填体的平衡方程、变形协调方程和物理方程，得到：
[0032]g(2E1ρ1‑
E2ρ1‑
E1ρ2)h
12
+2E1[E2(R
e
+R
c
)
‑
gH(ρ1‑
ρ2)]h1‑
E1H(2E2R
c
+ρ2gH)＝0
[0033]令参数a1＝g(2E1ρ1‑
E2ρ1‑
E1ρ2)，
[0034]b1＝2E1[E2(R
e
+R
c
)
‑
gH(ρ1‑
ρ2)]，
[0035]c1＝E1H(2E2R
c
+ρ2gH)；
[0036]解得膨胀充填体的充填高度强度充填体的充填高度
[0037]上述的一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法，当充填体处于第二临界状态时，所述强度充填体的底面即将被压缩碎，应力达到强度充填体的抗压强度σ2＝[σ2]，所述强度充填体的充填体积达到最小值，此时F
N2
＝[σ2]·
1，F2＝[σ2]，根据充填体的平衡方程、变形协调方程和物理方程，得到：
[0038本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
其中，Δl1为膨胀充填体的变形量，Δl2为强度充填体的变形量；步骤三中所述充填体的物理方程为：其中，F
N1
为膨胀充填体的内部轴力，且F
N1
＝F1+ρ1gx，F
N2
为强度充填体的内部轴力，且F
N2
＝F2‑
ρ2gy，E1为膨胀充填体的弹性模量，E2为强度充填体的弹性模量。9.按照权利要求8所述的一种联合充填采矿中充填体的充填高度分析方法，其特征在于，步骤四中所述临界状态包括第一临界状态和第二临界状态，当充填体处于第一临界状态时，所述膨胀充填体与顶板处于刚刚接触状态，顶板提供的约束反力F1为0，所述强度充填体的充填体积达到最大值，此时F
N1
＝ρ1gx，根据充填体的平衡方程、变形协调方程和物理方程，得到：g(2E1ρ1‑
E2ρ1‑
E1ρ2)h
12
+2E1[E2(R
e
+R
c
)
‑
gH(ρ1‑
ρ2)]h1‑
E1H(2E2R
c
+ρ2gH)＝0令参数a1＝g(2E1ρ1‑
E2ρ1‑
E1ρ2)，b1＝2E1[E2(R
e
+R
c
)
‑
gH(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浪，侯东壮，张波，王美，郇超，朱梦博，阮仕山，方治余，杨潘，屈慧升，孙伟吉，
申请(专利权)人：西安弗尔绿创矿业科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：