[發明專利]膠結礦柱支護下金屬礦采空區覆巖失穩突變判別方法

有效

• 申請號: 201811580815.6
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109681272B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 趙康;寧富金;王慶;嚴雅靜;于祥;顧水杰;黎強;朱勝唐
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: E21F17/00
• 分類號: E21F17/00
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所 53106
• 代理人: 李云

1.膠結礦柱支護下金屬礦采空區覆巖失穩突變判別方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步：建立采空區覆巖空間應力模型，計算只有重力和梁支撐力作用時，各項應力分量；

假設勢函數為

則有

邊界條件為：

式中，h為開采深度，m；

a為開采跨度，m；

b為開采厚度，m；

ρ為巖石容重，kg/m³；

g為重力加速度m/s²；

x為x軸上的坐標；

y為y軸上的坐標；

z為z軸上的坐標；

c₁、c₂、c₃、c₄分別代表函數方程的引入常數；

從而求得覆巖各項應力為：

第二步：當覆巖只有構造應力作用時，分析邊界條件，計算得出各項應力分量；

其邊界條件為：

從而解得：

式中：h為開采深度，m；

a為開采跨度，m；

b為開采厚度，m；

k為覆巖所受構造應力作用力與深度成正比的比例系數；

μ為泊松比；

第三步：當礦柱采用膠結礦柱時，周邊對巖體有剪應力作用，假設剪應力與巖體深度成正比，比例系數為p，分析邊界條件，計算得出各項應力分量；

其邊界條件為：

從而解得：

第四步：當巖體受支撐力和構造應力共同作用時有各項應力分量：

最終得出整個覆巖勢能：

式中h為開采深度，m；

a為開采跨度，m；

b為開采厚度，m；

ρ為巖石容重，kg/m³；

g為重力加速度m/s²；

p為剪應力與巖體深度成正比的比例系數；

k為覆巖所受構造應力作用力與深度成正比的比例系數；E為楊氏彈性模量，MPa；G為剪切模量，MPa；

μ為泊松比；

第五步：對于空間巖體應力模型中的巖體總勢能，假設根據突變理論建立人工礦柱支護下覆巖失穩破壞的突變模型：

Π＝x⁴+ax²+bx (12)

第六步：分別對f₁(x)和f₂(x)進行尖點突變分析，得出覆巖穩定性判斷依據；

(一)f₁(x)的穩定性分析：

將f₁(x)變形得：

上式中，E表示楊氏彈性模量；G表示剪切模量；

穩定條件為：

(二)f₂(x)的穩定性分析

將f₂(x)變形得：

穩定條件為：

覆巖穩定的條件為：

且

只有上述式(14)和式(16)同時大于0時，采空區覆巖才能確保穩定；如果有其中任意一式等于0時，表示該覆巖處于穩定臨界狀態；如果有其中任意一式小于0時，表示該覆巖處于失穩破壞狀態；

第七步：根據覆巖失穩破壞的突變理論判據得出膠結礦柱支護下金屬礦山開采覆巖破壞與采空區的跨度和開采深度對空區頂板穩定性定量關系。