[发明专利]急倾斜厚大矿体连跨结构体系的矿房结构设计方法

说明书

技术领域

本发明属于地下矿分步式充填采矿的技术领域，尤其是一种急倾斜厚大矿体连跨结构体系的矿房结构设计方法。

背景技术

如今工业化飞速建设，人类发展对矿石资源的需求不断加大，随着易采矿石资源的消耗殆尽，更多地将目标转向深部、复杂难采等地下矿产，同时为了实现资源高效、绿色、节能开发，超大规模与超深井矿体资源开发正成为矿业工程的新研究方向。针对双超矿体资源开发项目，空场嗣后充填采矿技术得到了进一步应用，且矿房结构尺寸逐步加大，阶段不断增高。为避免井下大规模分步充填开采的地压活动及自身结构失稳所带来的安全隐患，优化厚大矿体盘区矿房回采顺序，就需要创造一套新的综合计算方法来进行分析，并将整个矿房结构体系作为一个承载系统进行全方位计算考虑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构设计合理的急倾斜厚大矿体连跨结构体系的矿房结构设计方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：按照一、二步矿房分成若干个超静定三铰拱结构单元，每个结构单元中有3个二步矿房矿柱和2个一步矿房空区构成；

(1)根据矿岩石实际物理力学性质按下述公式组(Ⅰ)、公式(Ⅱ)和公式组(Ⅲ)计算；

式中：

l为一步矿房宽度，m；

b为二步矿房宽度，m；

α为一步矿房宽度与二步矿房宽度的关系系数；

为内摩擦角，°；

c为粘聚力，MPa；

h_cr为阶段高度，m；

E为矿岩体的弹性模量，GPa；

q为首采矿房上覆岩层作用的均布荷载值，KN/m²；

脚标中的1、2、3分别表示第一类，第二类和第三类；其中，上下盘侧的两个矿柱为第一类，紧邻上下盘侧矿柱的两个矿柱为第二类，其余中间的矿柱为第三类；

(2)根据公式组(Ⅰ)计算不同类矿柱结构单元下的α₁、α₂和α₃值，实际设计的α值为上述三个计算值中的最小值，将实际设计的α值代入公式(Ⅱ)，即可得到一步矿房宽度和二步矿房宽度的设计配比；

(3)依据公式组(Ⅲ)计算不同类矿柱结构单元下的阶段高度h_cr1、h_cr2和h_cr3，实际设计的h_cr应等于或小于上述三个计算值的最小值。

本发明所述一步矿房和二步矿房的宽度取值范围为16m～24m。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明依托厚大矿体下布设矿房时形成的三类超静定三铰拱结构单元，将超静定结构单元体、连跨承载系统、附加力系引入大结构参数的计算中，通过建立矿房结构体系超静定连跨力学模型，利用支撑杆件间的形变关系及临界变形条件，详细剖析结构体系的承载作用，运用摩尔库伦理论和极限平衡理论，计算三类情况下的矿房跨度和阶段高度，合理设计矿房结构参数，分析三类矿柱结构单元的稳定性，并初步评价厚大矿体盘区内矿房的回采顺序。本发明对分步式充填开采矿房结构体，通过几何关系，建立超静定连跨结构体力学模型，从而得到分步式矿房的合理结构参数，并依据三类情况下的分析结果评判不同类型结构单元的稳定性，对回采顺序进行初评。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明一步矿房开采前连跨结构示意图；

图2是本发明一步矿房开采后连跨结构示意图；

图3是本发明连跨结构单元受力分析图；

图4是本发明连跨结构单元均布荷载下的三铰拱超静定受力图；

图5是本发明连跨结构单元附加力作用下三铰拱超静定受力图；

图6是本发明中超静定杆件压杆稳定性分析图。

具体实施方式