[发明专利]一种固体充填材料内部应力确定方法

权利要求书

1.一种固体充填材料内部应力确定方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1)采集固体充填材料应力数据，对固体充填材料的应力应变关系进行拟合；

步骤2)基于等价采高理论和概率积分法对固体充填区域地表下沉量进行计算；

固体充填区域地表下沉量的具体计算过程为：

等价采高M_e＝M_t+M_c，式中，M_t表示顶板提前下沉量；M_c表示充填体压缩量；

固体充填区域地表下沉量式中，W_m表示地表最大下沉值；r表示地表沉陷影响范围；表示误差函数，其中误差函数的计算公式为：

地表最大下沉值公式为W_m＝qM_ecosα，其中q表示下沉系数，α表示煤层倾角；地表沉陷影响范围的公式为r＝H/tanβ，其中H表示埋深，β表示主要影响角；

步骤3)计算固体充填采煤情况下区域裂隙带的膨胀高度；

固体充填材料在工作面后方距离为L时的压缩变形量S_L为：S_L＝W_L+S_f，式中，W_L表示工作面后方距离L时，地表的下沉量；S_f表示工作面后方距离L时，裂隙带竖直方向膨胀高度；

工作面后方距离L处固体充填材料应变则固体充填材料距离采场后方L处的应变为：；

步骤4)结合步骤2)和3)，计算固体充填材料内部位于工作面后方距离L处的应变；

步骤5)计算工作面后方距离L处固体充填材料内部应力；

充填体垂直应力通过将固体充填材料距离工作面后方距离L处的应变公式代入固体充填材料压实试验应力应变拟合公式：

结合等价采高计算公式，求得工作面后方距离L处固体充填材料内部应力：

2.根据权利要求1所述的一种固体充填材料内部应力确定方法，其特征是，所述步骤1)中的具体内容为：

通过固体充填材料压实试验采集压实过程中的位移、力、压实系统的各项参数数据，拟合固体充填材料应力与应变的关系。

3.根据权利要求2所述的一种固体充填材料内部应力确定方法，其特征是，所述应力和应变的关系式为：式中，σ_v表示固体充填材料内部垂直应力；ε_v表示固体充填材料垂直方向应变；a、b表示常数系数。

4.根据权利要求1所述的一种固体充填材料内部应力确定方法，其特征是，所述步骤3)的膨胀高度利用充填开采等价采高原理结合垮落法开采时裂隙带发育高度求得或采用物理相似模拟试验确定。

5.根据权利要求4所述的一种固体充填材料内部应力确定方法，其特征是，利用充填开采等价采高原理结合垮落法开采时裂隙带发育高度求得膨胀高度时：

采用垮落法开采时裂隙带发育高度按照以下经验公式求得：式中，c、d表示根据顶板岩性确定的系数；

利用充填开采等价采高原理结合上述发育高度得出固体充填采煤情况下裂隙带发育高度公式；

裂隙带在形成过程中会出现体积膨胀现象，假设裂隙带膨胀系数为k，则竖直方向膨胀高度

6.根据权利要求5所述的一种固体充填材料内部应力确定方法，其特征是，利用充填开采等价采高原理结合垮落法开采时裂隙带发育高度求得膨胀高度时：顶板岩性确定的系数c、d的选择如下表：