[發明專利]一種煤柱支擋作用下內排土場穩定性分析方法

在審

• 申請號: 202011425368.4
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112487538A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 李廣賀;王東;姜聚宇;楊國華;徐勇超;白繼元;賀希格圖;趙立春;孫有剛;于明宇;王景政;王洪博;何忠廳;艾合麥提江安外爾;馬郅翔
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明公開一種煤柱支擋作用下內排土場穩定性分析方法，該方法首先確定巖體物理力學指標，并測量支擋煤柱的具體尺寸和位置信息，將煤柱的三維支擋效應等效為黏聚力與內摩擦系數，然后將滑坡分成垂直的條塊，將等效黏聚力與等效內摩擦系數引入到經典的剩余推力法中，以最下條塊剩余推力為0為目標，通過迭代的方式來實現煤柱支擋作用下的內排土場穩定性分析。該方法計算簡單、操作方便，能夠為類似的露天煤礦邊坡工程設計、治理及安全實施提供科學的理論依據。

技術領域

本發明涉及露天開采技術領域，尤其涉及一種煤柱支擋作用下內排土場穩定性分析方法。

背景技術

內排土場穩定是露天煤礦安全、高效開采的前提，但國內一些大型露天煤礦的內排土場，如神華寶日希勒露天煤礦、三道嶺露天煤礦、安家嶺露天煤礦、紅沙泉露天煤礦的內排土場均發生過一定程度的變形或失穩現象，很多學者采用留設煤柱對內排土場進行支擋，來提高內排土場穩定性。對于內排土場穩定性研究，巖土工程屆的專家與學者應用不同的理論及方法對內排土場穩定性展開研究，目前最為常用的方法有極限平衡法、極限分析法、數值模擬法，這些方法比較成熟，計算結果可靠，但僅是對于均質或類均質規則的內排土場穩定性展開詳細分析，對于煤柱支擋作用下非規則形態的內排土場穩定性研究較少，缺少成熟的方法。因此，迫切需要尋求一種煤柱支擋作用下內排土場穩定性分析方法，填補支擋作用下非規則形態穩定性分析方法方面的不足。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種煤柱支擋作用下內排土場穩定性分析方法。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種煤柱支擋作用下內排土場穩定性分析方法，包括如下步驟：

步驟1：根據鉆孔柱狀或地層等高線信息，確定邊坡體內的地層巖性及其產狀；基于實驗室試驗和以往研究成果，確定巖土體物理力學指標；

步驟2：明確支擋煤柱走向長度d、高度h、頂寬b、內底角ω、外底角β形態參數，內排土場基底傾角α，內排土場邊坡角β_p，內排土場邊坡線的縱截距h_p；

步驟3：將三維支擋效應轉換成等效粘聚力c_d與等效內摩擦系數其中為等效內摩擦角，過程如下：

步驟3.1：等效黏聚力c_d的求解過程如下：

其中：c_m為煤的黏聚力，c_j為基底巖層的黏聚力；

步驟3.2：等效內摩擦系數的求解過程如下：

其中，γ_m為煤的容重，為基底巖層的內摩擦角，為煤的內摩擦角，k為側壓力系數，γ_p為排棄物料的容重。

步驟4：在滑坡模式為圓弧-基底組合滑動的情況下，將滑體共劃分為n個垂直條塊，其中，圓弧滑面上部滑體共劃分為k個條塊，基底上部滑體共劃分為n-k個條塊；

在n-k個條塊中，含有煤柱的條塊為u個，無煤柱條塊為n-k-u個，煤柱內角點至圓弧滑面與基底滑面交點處含有無煤條塊q個；

所述劃分n個垂直條塊時，在支擋煤柱附近加密條塊，在邊坡臺階拐點處和滑面與巖層相交處單獨劃分條塊。

步驟5：采用剩余推力法計算圓弧滑面上部滑體劃分的k個條塊的任意一個條塊剩余推力D_i，過程如下：

步驟5.1：取圓弧滑面上部第i個條塊作為研究對象，i＝0，1…k，假設第i個條塊底面傾角為δ_i，第i-1個條塊的底面傾角為δ_i-1，第i個條塊的剩余推力為D_i，第i-1個條塊的剩余推力為D_i-1；