[发明专利]一种固体充填材料内部应力确定方法

说明书

本发明公开了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；步骤3)计算固体充填采煤情况下区域裂隙带的膨胀高度；步骤4)结合步骤2)和3)，计算固体充填材料内部距离采场后方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。本发明所达到的有益效果：本方法提供一种固体充填采煤充填体应力计算方法。本方法简单实用，可用于推算固体充填开采围岩应力分布，指导充填开采支护设计，丰富充填开采矿压理论体系，具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种固体充填材料内部应力确定方法。

背景技术

我国是世界上最大的煤炭生产国家，随着煤炭的高强度开采，我国煤炭开采逐渐进入枯竭期，尤其是我国东部地区，正面临着“三下”煤炭开采的难题。充填开采可以实现“三下”煤炭资源的安全开采，是一种绿色的低环境损伤的开采方法。

虽然煤炭充填开采经过几十年的发展其技术和理论已经相对丰富，但是目前针对固体充填开采采空区充填体应力的计算方法研究较少。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种固体充填材料内部应力确定方法，可用于指导充填开采支护设计，丰富煤矿充填开采矿压理论体系，具有十分重要的意义。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

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；

步骤3)计算固体充填采煤情况下区域裂隙带的膨胀高度；

步骤4)结合步骤2)和3)，计算固体充填材料内部距离采场后方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。

前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。

前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。

前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2)中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。

前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。