[發明專利]急傾斜厚大礦體連跨結構體系的礦房結構設計方法

有效

• 申請號: 201610165503.3
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105822306B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 翟會超;南世卿;胡巍巍
• 申請（專利權）人: 河北鋼鐵集團礦業有限公司
• 主分類號: E21C41/22
• 分類號: E21C41/22;E21F15/00;G06F17/50
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司13108
• 代理人: 趙紅強

技術領域

本發明屬于地下礦分步式充填采礦的技術領域，尤其是一種急傾斜厚大礦體連跨結構體系的礦房結構設計方法。

背景技術

如今工業化飛速建設，人類發展對礦石資源的需求不斷加大，隨著易采礦石資源的消耗殆盡，更多地將目標轉向深部、復雜難采等地下礦產，同時為了實現資源高效、綠色、節能開發，超大規模與超深井礦體資源開發正成為礦業工程的新研究方向。針對雙超礦體資源開發項目，空場嗣后充填采礦技術得到了進一步應用，且礦房結構尺寸逐步加大，階段不斷增高。為避免井下大規模分步充填開采的地壓活動及自身結構失穩所帶來的安全隱患，優化厚大礦體盤區礦房回采順序，就需要創造一套新的綜合計算方法來進行分析，并將整個礦房結構體系作為一個承載系統進行全方位計算考慮。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種結構設計合理的急傾斜厚大礦體連跨結構體系的礦房結構設計方法。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：按照一、二步礦房分成若干個超靜定三鉸拱結構單元，每個結構單元中有3個二步礦房礦柱和2個一步礦房空區構成；

(1)根據礦巖石實際物理力學性質按下述公式組(Ⅰ)、公式(Ⅱ)和公式組(Ⅲ)計算；

式中：

l為一步礦房寬度，m；

b為二步礦房寬度，m；

α為一步礦房寬度與二步礦房寬度的關系系數；

為內摩擦角，°；

c為粘聚力，MPa；

h_cr為階段高度，m；

E為礦巖體的彈性模量，GPa；

q為首采礦房上覆巖層作用的均布荷載值，KN/m²；

腳標中的1、2、3分別表示第一類，第二類和第三類；其中，上下盤側的兩個礦柱為第一類，緊鄰上下盤側礦柱的兩個礦柱為第二類，其余中間的礦柱為第三類；

(2)根據公式組(Ⅰ)計算不同類礦柱結構單元下的α₁、α₂和α₃值，實際設計的α值為上述三個計算值中的最小值，將實際設計的α值代入公式(Ⅱ)，即可得到一步礦房寬度和二步礦房寬度的設計配比；

(3)依據公式組(Ⅲ)計算不同類礦柱結構單元下的階段高度h_cr1、h_cr2和h_cr3，實際設計的h_cr應等于或小于上述三個計算值的最小值。

本發明所述一步礦房和二步礦房的寬度取值范圍為16m～24m。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：本發明依托厚大礦體下布設礦房時形成的三類超靜定三鉸拱結構單元，將超靜定結構單元體、連跨承載系統、附加力系引入大結構參數的計算中，通過建立礦房結構體系超靜定連跨力學模型，利用支撐桿件間的形變關系及臨界變形條件，詳細剖析結構體系的承載作用，運用摩爾庫倫理論和極限平衡理論，計算三類情況下的礦房跨度和階段高度，合理設計礦房結構參數，分析三類礦柱結構單元的穩定性，并初步評價厚大礦體盤區內礦房的回采順序。本發明對分步式充填開采礦房結構體，通過幾何關系，建立超靜定連跨結構體力學模型，從而得到分步式礦房的合理結構參數，并依據三類情況下的分析結果評判不同類型結構單元的穩定性，對回采順序進行初評。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1是本發明一步礦房開采前連跨結構示意圖；

圖2是本發明一步礦房開采后連跨結構示意圖；

圖3是本發明連跨結構單元受力分析圖；

圖4是本發明連跨結構單元均布荷載下的三鉸拱超靜定受力圖；

圖5是本發明連跨結構單元附加力作用下三鉸拱超靜定受力圖；

圖6是本發明中超靜定桿件壓桿穩定性分析圖。

具體實施方式