[发明专利]尾砂充填与岩石组合的协调变形研究方法

说明书

本发明公开了一种尾砂充填与岩石组合的协调变形研究方法，弹性模量计算方法包括步骤一、建立尾砂充填组合体的数学模型；二、获得组合体的总变形量计算公式；三、计算组合体的总变形量；四、推导组合体中岩石和尾砂充填体的变形量计算公式；五、参数确定；六、获得组合体的弹性模量计算公式。本发明弹性模量计算方法步骤简单，快速方便，结合协调变形研究方法，得到尾砂充填体与岩石组合的协调变形机理，能够为矿山安全生产提供准确的充填工艺参数，为充填采矿设计提供可靠的理论依据和技术参考，效果显著，便于推广。

技术领域

本发明属于矿山充填开采技术领域，具体涉及一种尾砂充填与岩石组合的协调变形研究方法。

背景技术

钽铌矿石在选矿后留下大量的尾砂，需建立尾矿库进行存放。这会占用大量土地、破坏植被、给周边环境造成危害且由于矿山地下开采打破了原有应力平衡，将引起采空区围岩变形和破坏，造成覆岩顶板垮塌、围岩片帮，给矿山安全生产带来严重影响。因此将矿山选矿后的固废尾砂制成胶结材料充填于井下，一方面可以控制围岩和采空区顶板发生变形及阻止岩爆和岩体的冒落；另一方面还可以防止采空区覆岩移动、下沉导致地表地质灾害的发生，同时还可以将这些固废尾矿砂高效循环利用，变废为宝。所以把固废尾砂制作为水泥浆材料回填(CPB)进行循环利用，能够更清洁地开采矿产资源，最终可以解决固废尾砂堆砌、占用地表土地、环境污染等棘手问题，实现矿山绿色、可持续发展。固废尾砂充填技术是解决上述问题的有效方法之一，对提高钽铌矿的经济效益和科学环保具有积极作用。

虽然一些学者对充填体-覆岩之间的耦合作用及协同变形机理进行了研究，但是针对二者协同变形机理的认知还未达成广泛的共识，因此，仍亟需进一步深入研究。现有的研究成果还未有涉及不同灰砂比钽铌矿尾砂充填体与岩石组合的弹性模量快速计算及协调变形研究方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种尾砂充填与岩石组合的弹性模量计算及协调变形研究方法，其弹性模量计算方法步骤简单，快速方便，结合协调变形研究方法，得到尾砂充填与岩石组合的协调变形机理，能够为矿山安全生产提供准确的充填工艺参数，为充填采矿设计提供可靠的理论依据和技术参考，效果显著，便于推广。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种尾砂充填与岩石组合的弹性模量计算方法，该方法包括以下步骤：

步骤A1、建立尾砂充填与岩石组合体的数学模型；

根据胡克定律建立组合体应力与应变的关系：其中，E为数学模型中组合体的弹性模量；σ_y为数学模型中组合体所受单轴压缩应力，ε_y为数学模型中组合体的竖向应变值，Δh为数学模型中组合体的总变形量，h为数学模型中组合体的总高度；

步骤A2、通过数学模型获得组合体的总变形量计算公式；

对进行公式变换，得到

步骤A3、计算组合体的总变形量；

根据公式Δh＝Δh₁+Δh₂计算组合体变形稳定后的总变形量Δh，其中，Δh₁为组合体中岩石的变形量，Δh₂为组合体中尾砂充填体的变形量；

步骤A4、根据总变形量计算公式推导组合体中岩石和尾砂充填体的变形量计算公式；

根据公式得到组合体中岩石的变形量组合体中尾砂充填体的变形量其中，σ₁为组合体中岩石所受单轴压缩应力，σ₂为组合体中尾砂充填体所受单轴压缩应力，E₁为组合体中岩石的弹性模量，E₂为组合体中尾砂充填体的弹性模量，h₁为组合体中岩石的高度，h₂为组合体中尾砂充填体的高度；

步骤A5、参数确定；