[發明專利]一種上向水平分層充填采礦法面層充填體強度和厚度模型的構建方法

有效

• 申請號: 202110606379.0
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113266353B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 王俊;喬登攀;李廣濤
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學;云南榮勵高新技術開發有限公司
• 主分類號: E21C41/16
• 分類號: E21C41/16;E21C41/22;E21F15/00
• 代理公司: 昆明合盛知識產權代理事務所(普通合伙) 53210
• 代理人: 牛林濤

1.一種上向水平分層充填采礦法面層充填體強度和厚度模型的構建方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

（1）面層充填體力學作用及穩定性影響因素分析：

根據不同采場結構上向水平分層充填采礦法的典型工藝特征，分析面層充填體作為采場繼續上采的工作平臺的力學作用，以滿足滿載無軌設備正常運行的要求；分析面層充填體的強度需求以及穩定性影響因素；

（2）構建面層充填體力學模型：

根據面層充填體力學作用，滿載無軌設備運行時對面層充填體施加的荷載特征，構建面層充填體力學模型，建立垂直荷載力學模型和水平荷載力學模型；

（3）面層充填體應力及位移分布狀態分析：

根據面層充填體的力學模型，采用彈性力學理論布希涅斯克基本解答，分析滿載無軌設備垂直荷載作用下面層充填體的垂直位移和垂直應力分布狀態；采用彈性力學理論賽如提基本解答，分析滿載無軌設備水平荷載作用下面層充填體的垂直應力和垂直位移狀態；根據應力疊加原理，分析得到滿載無軌設備垂直荷載和水平荷載綜合作用下，面層充填體垂直應力和垂直位移分布狀態；

步驟（3）面層充填體位移及應力狀態分析如下：

①滿載無軌設備垂直均布荷載作用下，面層充填體位移及應力分布狀態分析如下：

垂直位移：

式中：—滿載無軌設備垂直均布荷載作用下面層充填體垂直位移，m；

—滿載無軌設備作用于面層充填體垂直均布荷載，MPa；

—面層充填體彈性模量，MPa；

—面層充填體泊松比；

—滿載無軌設備輪胎與面層充填體接觸面半徑，m；

—面層充填體厚度坐標，m；

垂直應力：

式中：—滿載無軌設備垂直均布荷載作用下面層充填體垂直應力，MPa；

其他參數如前所述；

滿載無軌設備垂直均布荷載按下式計算：

或

或

式中：—滿載無軌設備垂直集中力，MN；

—無軌設備自重，Kg；

—無軌設備額定載重，Kg；

—無軌設備軸載比；

—無軌設備前輪額定胎壓，MPa；

—無軌設備后輪額定胎壓，MPa；

—重力加速度，取9.8N/Kg；

—滿載無軌設備輪胎與面層充填體接觸面積，m²；

其他參數如前所示；

②滿載無軌設備水平均布荷載作用下，面層充填體位移及應力分布狀態分析如下：

垂直位移：

式中：—滿載無軌設備水平均布荷載作用下面層充填體垂直位移，m；

—滿載無軌設備作用于面層充填體水平均布荷載，MPa；

其他參數如前所述；

垂直應力：

式中：—滿載無軌設備水平均布荷載作用下面層充填體垂直應力，MPa；

其他參數如前所述；

滿載無軌設備水平均布荷載按下式計算：

式中：—無軌設備額定鏟取力或啟動阻力，MN；

—滿載無軌設備水平集中力，MN；

其他參數如前所述；

③滿載無軌設備垂直和水平均布荷載綜合作用下，面層充填體位移及應力分布狀態分析如下：

垂直位移：

式中：—滿載無軌設備垂直和水平均布荷載綜合作用下面層充填體垂直位移，m；

其他參數如前所述；

垂直應力：

式中：—滿載無軌設備垂直和水平均布荷載綜合作用下面層充填體垂直應力，MPa；

其他參數如前所述；

（4）建立面層充填體強度和厚度模型：

根據滿載無軌設備荷載作用下面層充填體垂直應力分布狀態，確定面層充填體最大垂直應力，以滿足滿載無軌設備正常運行為強度設計要求，考慮一定的安全系數，建立面層充填體抗壓強度模型；

根據滿載無軌設備荷載作用下面層充填體垂直位移分布狀態，確定面層充填體最大垂直位移，根據面層充填體垂直位移、厚度、彈性模量、應力、應變之間的關系，以面層充填體發生最大形變仍處于彈性狀態為前提條件，考慮一定的安全系數，建立面層充填體厚度模型；

步驟（4）中面層充填體強度設計按下式計算，

面層充填最大垂直應力為：

式中：—滿載無軌設備荷載作用下面層充填體表面最大垂直應力，MPa；

面層充填體抗壓強度按下式計算：

式中：—面層充填體設計抗壓強度，MPa；

—為強度安全系數，取1.5；

步驟（4）中面層充填體厚度設計按下式計算；

面層充填最大垂直位移為：

式中：—滿載無軌設備荷載作用下面層充填體表面最大垂直位移，m；

面層充填體最大應變：

式中：—面層充填體表面最大應變；

—面層充填體處于彈性狀態的最小厚度，m；

面層充填體彈性模量：

面層充填體保持彈性的最小厚度：

面層充填體厚度按下式計算：

式中：—面層充填體設計厚度，MPa；

—為厚度安全系數。