一种下向分层进路式充填采矿的承载层受力分析方法技术

本发明专利技术涉及充填采矿技术领域，特别是指一种下向分层进路式充填采矿的承载层受力分析方法，包括：S1、建立承载层力学模型；S2、通过建立的力学模型，计算承载层的最大受力点处各应力分量；S3、通过最大受力点处各应力分量，计算承载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力；S4、计算承载层在自身容重作用时，载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力；以及，计算承载层在自身容重作用和承载层上表面承受均布荷载时，计算承载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力。本发明专利技术构建下向分层进路式充填采矿开挖后承载层力学模型，计算不同受力情况下承载层的强度进行分析，为下向分层进路式充填采矿法安全高效开采提供参考依据。采矿法安全高效开采提供参考依据。采矿法安全高效开采提供参考依据。

【技术实现步骤摘要】
一种下向分层进路式充填采矿的承载层受力分析方法


[0001]本专利技术涉及充填采矿
，特别是指一种下向分层进路式充填采矿的承载层受力分析方法。

技术介绍

[0002]下向分层进路式充填采矿法是一种重要的充填采矿法，主要适用于矿岩岩体质量较差、矿山原岩应力较高等复杂开采环境，对于矿岩条件破碎的高价值矿床具有回采率高、贫损指标低等优点。
[0003]该方法采用自上而下的分层回采顺序，分为二步骤回采，每一分层内采用进路式间隔回采，当进路回采完毕后，及时充填回采完成的一步骤进路空区，形成承载层，并在一步骤进路承载层(人工假顶、胶结充填体)支撑保护下回采本分层二步骤进路，回采转入下分层之后，在上分层承载层(人工假顶、胶结充填体)的保护下开展下部相邻分层的回采工作。
[0004]下向分层进路式充填采矿法开采的关键在于确保上部分层承载层(人工假顶、胶结充填体)在下向进路揭露后作为人工顶板的安全稳定性。而针对“承载层(人工假顶、胶结充填体)”的研究相对滞后，为了保障承载层(人工假顶、胶结充填体)人工顶板具有较好的安全稳定性，国内应用此类采矿方法的矿山设计的承载层(人工假顶、胶结充填体)强度要求普遍偏高，进而导致胶凝材料(水泥)消耗量大、胶结成本高，胶凝材料消耗成本一般占矿山充填总成本的70％
‑
80％以上，直接影响矿山的经济效益。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中下向分层进路式充填采矿的承载层胶凝材料消耗量大、胶结成本高的技术问题，本专利技术的一个实施例提供了一种下向分层进路式充填采矿的承载层受力分析方法，所述分析方法包括：
[0006]S1、建立承载层力学模型；
[0007]S2、通过建立的力学模型，计算承载层的最大受力点处各应力分量；
[0008]S3、通过最大受力点处各应力分量，计算承载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力；
[0009]S4、计算承载层在自身容重作用时，载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力；
[0010]以及，计算承载层在自身容重作用和承载层上表面承受均布荷载时，承载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力。
[0011]在一个较佳的实施例中，所述承载层力学模型为弹性力学简支梁力学模型。
[0012]在一个较佳的实施例中，在步骤S2中，承载层的最大受力点处各应力分量表述为：
[0013][0014]其中，σ
x
为承载层的最大受力点处应力在x方向的分量，σ
y
为承载层的最大受力点处应力在y方向的分量，τ
xy
为承载层的最大受力点处的剪应力分量，为应力函数，A、B、C为待定系数，F为假设系数，f2(x)为x的任意形式的函数。
[0015]在一个较佳的实施例中，在步骤S3中，承载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力表述为：
[0016][0017]其中，σ
x
为承载层的最大受力点处的剪应力分量，h为承载层的厚度，l为承载层的最大受力点处到承载层两端的距离，q为承载层上表面承受的均布荷载。
[0018]在一个较佳的实施例中，在步骤S4中，承载层在自身容重作用时，载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力表述为：
[0019][0020]其中，σ
x
为承载层的最大受力点处的剪应力分量，h为承载层的厚度，l为承载层的最大受力点处到承载层两端的距离，p为承载层的自身容重。
[0021]在一个较佳的实施例中，在步骤S4中，承载层在自身容重作用和承载层上表面承受均布荷载时，承载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力表述为：
[0022][0023]其中，σ
x
为承载层的最大受力点处的剪应力分量，h为承载层的厚度，l为承载层的最大受力点处到承载层两端的距离，p为承载层的自身容重，q为承载层上表面承受的均布荷载。
[0024]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0025]本专利技术提出一种下向分层进路式充填采矿的承载层受力分析方法，构建下下向分层进路式充填采矿开挖后承载层力学模型，计算不同受力情况下承载层(人工假顶、胶结充填体)的强度进行分析，为下向分层进路式充填采矿法安全高效开采提供参考依据。
[0026]本专利技术提出一种下向分层进路式充填采矿的承载层受力分析方法，通过分析不同受力情况下承载层(人工假顶、胶结充填体)的强度，指导下向分层进路式充填采矿法承载层(人工假顶、胶结充填体)的强度优化，进而改进承载层(人工假顶、胶结充填体)，解决承载层(人工假顶、胶结充填体)胶凝材料消耗量大、胶结成本高的技术问题，为井下人员和设
备提供安全可靠作业环境的同时实现经济成本最优。
[0027]本专利技术提出一种下向分层进路式充填采矿的承载层受力分析方法，基于弹性力学，结合简支梁力学模型，综合考虑承载层(人工假顶、胶结充填体)自身力学特征、进路开挖非胶结充填体力学作用、承载层自身容重与所受均布荷载时等多因素的影响，建立下向分层进路式充填采矿开挖后承载层力学模型，分析各因素对需求强度的影响，本专利技术既考虑了下向进路承载层(人工假顶、胶结充填体)受力状况，又能及时得出人工假顶承载层最易破坏点，适用于采场尺寸的变化。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是本专利技术一个实施例中下向分层进路式充填采矿法的示意图。
[0030]图2是本专利技术承载层力学模型。
[0031]图3是本专利技术承载层力学模型的弹性力学简支梁力学模型示意图。
[0032]图4是本专利技术承载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力的计算示意图。
[0033]图5是本专利技术承载层在自身容重作用和承载层上表面承受均布荷载时载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力的计算示意图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种下向分层进路式充填采矿的承载层受力分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：S1、建立承载层力学模型；S2、通过建立的力学模型，计算承载层的最大受力点处各应力分量；S3、通过最大受力点处各应力分量，计算承载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力；S4、计算承载层在自身容重作用时，载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力；以及，计算承载层在自身容重作用和承载层上表面承受均布荷载时，承载层最大受力点处的上下表面最大弯矩应力。2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述承载层力学模型为弹性力学简支梁力学模型。3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，在步骤S2中，承载层的最大受力点处各应力分量表述为：其中，σ
x
为承载层的最大受力点处应力在x方向的分量，σ
y
为承载层的最大受力点处应力在y方向的分量，τ
xy
为承载层的最大受力点处的剪应力分量，为应力函数，A、B、C为待定系数，F为假设系数，f2(x)为x的任意形式的函数。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇云鹏，谭玉叶，齐兆军，郭沫川，宋泽普，
申请(专利权)人：山东黄金矿业科技有限公司充填工程实验室分公司，
类型：发明
国别省市：