[發明專利]一種固體充填材料內部應力確定方法

有效

• 申請號: 201811034412.1
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109117585B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 李猛;張吉雄;武中亞;周楠;孟國豪
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種固體充填材料內部應力確定方法，其特征是，包括如下步驟：

步驟1)采集固體充填材料應力數據，對固體充填材料的應力應變關系進行擬合；

步驟2)基于等價采高理論和概率積分法對固體充填區域地表下沉量進行計算；

固體充填區域地表下沉量的具體計算過程為：

等價采高M_e＝M_t+M_c，式中，M_t表示頂板提前下沉量；M_c表示充填體壓縮量；

固體充填區域地表下沉量式中，W_m表示地表最大下沉值；r表示地表沉陷影響范圍；表示誤差函數，其中誤差函數的計算公式為：

地表最大下沉值公式為W_m＝qM_ecosα，其中q表示下沉系數，α表示煤層傾角；地表沉陷影響范圍的公式為r＝H/tanβ，其中H表示埋深，β表示主要影響角；

步驟3)計算固體充填采煤情況下區域裂隙帶的膨脹高度；

固體充填材料在工作面后方距離為L時的壓縮變形量S_L為：S_L＝W_L+S_f，式中，W_L表示工作面后方距離L時，地表的下沉量；S_f表示工作面后方距離L時，裂隙帶豎直方向膨脹高度；

工作面后方距離L處固體充填材料應變則固體充填材料距離采場后方L處的應變為：；

步驟4)結合步驟2)和3)，計算固體充填材料內部位于工作面后方距離L處的應變；

步驟5)計算工作面后方距離L處固體充填材料內部應力；

充填體垂直應力通過將固體充填材料距離工作面后方距離L處的應變公式代入固體充填材料壓實試驗應力應變擬合公式：

結合等價采高計算公式，求得工作面后方距離L處固體充填材料內部應力：

2.根據權利要求1所述的一種固體充填材料內部應力確定方法，其特征是，所述步驟1)中的具體內容為：

通過固體充填材料壓實試驗采集壓實過程中的位移、力、壓實系統的各項參數數據，擬合固體充填材料應力與應變的關系。

3.根據權利要求2所述的一種固體充填材料內部應力確定方法，其特征是，所述應力和應變的關系式為：式中，σ_v表示固體充填材料內部垂直應力；ε_v表示固體充填材料垂直方向應變；a、b表示常數系數。

4.根據權利要求1所述的一種固體充填材料內部應力確定方法，其特征是，所述步驟3)的膨脹高度利用充填開采等價采高原理結合垮落法開采時裂隙帶發育高度求得或采用物理相似模擬試驗確定。

5.根據權利要求4所述的一種固體充填材料內部應力確定方法，其特征是，利用充填開采等價采高原理結合垮落法開采時裂隙帶發育高度求得膨脹高度時：

采用垮落法開采時裂隙帶發育高度按照以下經驗公式求得：式中，c、d表示根據頂板巖性確定的系數；

利用充填開采等價采高原理結合上述發育高度得出固體充填采煤情況下裂隙帶發育高度公式；

裂隙帶在形成過程中會出現體積膨脹現象，假設裂隙帶膨脹系數為k，則豎直方向膨脹高度

6.根據權利要求5所述的一種固體充填材料內部應力確定方法，其特征是，利用充填開采等價采高原理結合垮落法開采時裂隙帶發育高度求得膨脹高度時：頂板巖性確定的系數c、d的選擇如下表：