[發(fā)明專利]急傾斜厚大礦體連跨結(jié)構(gòu)體系的礦房結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610165503.3
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105822306B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 翟會超;南世卿;胡巍巍
• 申請（專利權(quán)）人: 河北鋼鐵集團礦業(yè)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(wù)所有限公司13108
• 代理人: 趙紅強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地下礦分步式充填采礦的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種急傾斜厚大礦體連跨結(jié)構(gòu)體系的礦房結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

背景技術(shù)

如今工業(yè)化飛速建設(shè)，人類發(fā)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(zhuǎn)向深部、復(fù)雜難采等地下礦產(chǎn)，同時為了實現(xiàn)資源高效、綠色、節(jié)能開發(fā)，超大規(guī)模與超深井礦體資源開發(fā)正成為礦業(yè)工程的新研究方向。針對雙超礦體資源開發(fā)項目，空場嗣后充填采礦技術(shù)得到了進一步應(yīng)用，且礦房結(jié)構(gòu)尺寸逐步加大，階段不斷增高。為避免井下大規(guī)模分步充填開采的地壓活動及自身結(jié)構(gòu)失穩(wěn)所帶來的安全隱患，優(yōu)化厚大礦體盤區(qū)礦房回采順序，就需要創(chuàng)造一套新的綜合計算方法來進行分析，并將整個礦房結(jié)構(gòu)體系作為一個承載系統(tǒng)進行全方位計算考慮。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的急傾斜厚大礦體連跨結(jié)構(gòu)體系的礦房結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：按照一、二步礦房分成若干個超靜定三鉸拱結(jié)構(gòu)單元，每個結(jié)構(gòu)單元中有3個二步礦房礦柱和2個一步礦房空區(qū)構(gòu)成；

(1)根據(jù)礦巖石實際物理力學(xué)性質(zhì)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(guān)系系數(shù)；

為內(nèi)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(cè)的兩個礦柱為第一類，緊鄰上下盤側(cè)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(jù)公式組(Ⅰ)計算不同類礦柱結(jié)構(gòu)單元下的α₁、α₂和α₃值，實際設(shè)計的α值為上述三個計算值中的最小值，將實際設(shè)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(shè)計配比；

(3)依據(jù)公式組(Ⅲ)計算不同類礦柱結(jié)構(gòu)單元下的階段高度h_cr1、h_cr2和h_cr3，實際設(shè)計的h_cr應(yīng)等于或小于上述三個計算值的最小值。

本發(fā)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(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明依托厚大礦體下布設(shè)礦房時形成的三類超靜定三鉸拱結(jié)構(gòu)單元，將超靜定結(jié)構(gòu)單元體、連跨承載系統(tǒng)、附加力系引入大結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算中，通過建立礦房結(jié)構(gòu)體系超靜定連跨力學(xué)模型，利用支撐桿件間的形變關(guān)系及臨界變形條件，詳細剖析結(jié)構(gòu)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(shè)計礦房結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析三類礦柱結(jié)構(gòu)單元的穩(wěn)定性，并初步評價厚大礦體盤區(qū)內(nèi)礦房的回采順序。本發(fā)明對分步式充填開采礦房結(jié)構(gòu)體，通過幾何關(guān)系，建立超靜定連跨結(jié)構(gòu)體力學(xué)模型，從而得到分步式礦房的合理結(jié)構(gòu)參數(shù)，并依據(jù)三類情況下的分析結(jié)果評判不同類型結(jié)構(gòu)單元的穩(wěn)定性，對回采順序進行初評。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1是本發(fā)明一步礦房開采前連跨結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一步礦房開采后連跨結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明連跨結(jié)構(gòu)單元受力分析圖；

圖4是本發(fā)明連跨結(jié)構(gòu)單元均布荷載下的三鉸拱超靜定受力圖；

圖5是本發(fā)明連跨結(jié)構(gòu)單元附加力作用下三鉸拱超靜定受力圖；

圖6是本發(fā)明中超靜定桿件壓桿穩(wěn)定性分析圖。

具體實施方式