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申请/专利权人：武钢资源集团大冶铁矿有限公司;北京科技大学

摘要：本发明涉及一种高阶段胶结充填体强度优化配置方法及应用，包括有以下步骤：基于极限平衡理论，综合考虑胶结充填体自身力学特征、上下盘围岩与二步骤非胶结充填体力学作用、顶板荷载及分层结构面等多因素的影响，建立单侧揭露三侧受压的分层结构胶结充填体强度模型；分析各因素对需求强度的影响；计算出合适的需求强度；本发明的特点是既考虑了实际采场胶结充填体的受力状况及分层结构面，又能适用于采场尺寸的变化，并在此基础上进行了强度与结构优化，提出了充填成本控制对策。

主权项：1.一种高阶段胶结充填体强度优化配置方法，其特征在于，包括有以下步骤：S1：进行单侧揭露三侧受压的分层结构胶结充填体三维强度模型构建：基于Mohr-Coulomb强度准则，考虑胶结充填体结构特性、顶部超载、右侧压、侧壁摩擦力因素，建立胶结充填体大深宽比条件下的三维强度模型；S2：进行分层胶结充填体受压破坏面分析：根据建立的三维强度模型，分析不同宽度D的胶结充填体，受压破坏面会出现三种不同的情况，即受压破坏面完全位于底部分层、受压破坏面贯穿底部及中间分层和受压破坏面贯穿全部分层；S3：进行分层结构胶结充填体稳定性影响因素分析：根据建立的三维强度模型，三种情况下受压破坏面的分析，分析影响充填体稳定性的因素；S4：进行分层结构胶结充填体滑动模型安全系数和强度需求对比分析：根据三维强度模型，受压破坏面分析及稳定性影响因素，控制顶部、底部分层充填体灰砂比不变，进行中间分层充填体的安全系数及强度需求对比分析，以验证上述结构特征的三维强度模型的合理性并计算充填体强度；上述步骤S2中受压破坏面出现三种不同的情况，即受压破坏面完全位于底部分层、受压破坏面贯穿底部及中间分层和受压破坏面贯穿全部分层；当受压破坏面完全位于底层时，此时存在l0≤l1-Dtanα；则受压破坏面上部楔形胶结充填体受到前后两侧围岩的总摩擦力f为：f＝Da[c14l1-l0-Dtanα+2c2l2]胶结充填体楔形滑动体右壁上受到非胶结充填体作用的侧向压力Fc为： 胶结充填体楔形滑动体的自重和作用在其上表面的压力为N： 以受压破坏面为工作面，利用极限平衡原理，求得充填体安全系数F为： 根据上式可知，胶结充填体安全系数F确定时，底层胶结充填体所需内聚力c1的解析式为： 根据内聚力比值α12的定义，则中间层胶结充填体所需内聚力c2的解析式为： 当受压破坏面贯穿底部及中间分层时，此时存在l1-Dtanαl0≤l1；则受压破坏面上部楔形胶结充填体受到前后两侧围岩的总摩擦力f为： 胶结充填体楔形滑动体右壁上受到非胶结充填体作用的侧向压力Fc为： 胶结充填体楔形滑动体的自重和作用在其上表面的压力为N： 受压破坏面贯穿底部及中间分层，在底层中受压破坏面面积为A1，在中间层中受压破坏面面积为A2； 以受压破坏面为工作面，利用极限平衡原理，求得充填体安全系数F为： 根据上式可知，胶结充填体安全系数F确定时，底层胶结充填体所需内聚力c1的解析式为： 根据内聚力比值α12的定义，则中间层胶结充填体所需内聚力c2的解析式为： 当受压破坏面贯穿全部分层时，此时存在l1+l2-Dtanαl0l1:则受压破坏面上部楔形胶结充填体受到前后两侧围岩的总摩擦力f为： 胶结充填体楔形滑动体右壁上受到非胶结充填体作用的侧向压力Fc为： 胶结充填体楔形滑动体的自重和作用在其上表面的压力为N： 受压破坏面贯穿顶部、底部、中间全部分层，在底层中受压破坏面面积为A1，在中间层中受压破坏面面积为A2，在顶层中受压破坏面面积为A3； 以受压破坏面为工作面，利用极限平衡原理，求得充填体安全系数F为： 根据上式可知，胶结充填体安全系数F确定时，底层胶结充填体所需内聚力c1的解析式为： 根据内聚力比值α12的定义，则中间层胶结充填体所需内聚力c2的解析式为： 其中l0为受压破坏面最低点与底部相距高度，m；l1为顶部和底部分层高度，m；l2为中间分层高度，m；D为矿房胶结充填体宽度，m；L为充填体长度，m；H为充填体高度，m；为充填体内摩擦角，°；a为粘结比；A1为底部受压破坏面积，m2；A2为中部受压破坏面积，m2；A3为顶部受压破坏面积，m2；S为总受压破坏面积，m2；a12为内聚力比值；γ1为顶层及底层容重、γ2为中间层容重，KNm3；c1为顶层及底层内聚力，KPa；c2为中间层内聚力，KPa；α为受压破坏面与水平面夹角。

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