[发明专利]一种井下分选硐室断面优化设计方法

权利要求书

1.一种井下分选硐室断面优化设计方法，包括如下步骤：

S1.1、综合矿井技术装备水平、井下分选条件与分选需求确定矿井井下煤矸分选方法；

S1.2、基于煤矸分选方法、设计产能选择合适的煤矸分选设备，基于煤矸分选设备的布置要求、数量及尺寸，按照井巷工程硐室断面尺寸计算原则初步确定分选硐室满足生产的最小断面尺寸，即确定断面最小有效使用面积；

S2.1、选取矩形、梯形、折线拱形、直墙半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、半椭圆形、椭圆形、圆形九种井下巷硐常用断面形状进行对比分析；在各断面形状中分别设定不同侧压系数λ；

S2.2、采用数值模拟程序建立各断面形状的平面应变薄板模型，结合断面最小有效使用面积与等效开挖原理，建立各断面形状的等效开挖模型，并在等效开挖模型四周布置测线监测围岩变形；

S3.1、通过遍历数值计算确定各断面形状的等效开挖模型的顶板收敛量、底板收敛量、左帮收敛量、右帮收敛量和塑性区总面积，以圆形断面某一侧压系数下上述各收敛量、塑性区总面积作为参照量，其他断面形状相应侧压系数下上述各收敛量、塑性区总面积与圆形断面对应参照量的比值定义为围岩稳定性评价因子，分别为D_1z、D_2z、D_3z、D_4z、S_z；

S3.2、将步骤S3.1中五个围岩稳定性评价因子乘积定义为分选硐室围岩稳定性评价系数Q_z，比较不同侧压系数下各断面形状中Q_z的大小，确定围岩稳定性顺序；

S4.1、根据巷道硐室施工标准确定各形状开挖断面施工难度和支护难度，并计算各断面形状的无效区比和施工成本，以圆形断面以上各量作为参照量，其他断面形状相应各量与对应参照量的比值定义为开挖难易性评价因子，分别为C_z、F_z、I_z、M_z；

S4.2、将步骤S4.1中四个开挖难易性评价因子乘积定义为分选硐室开挖难易性评价系数E_z，比较各断面形状的E_z大小，确定开挖难易性顺序；

S5、综合各断面形状的硐室围岩稳定性评价系数Q_z和开挖难易性评价系数E_z确定分选硐室最优断面形状。

2.根据权利要求1所述的一种井下分选硐室断面优化设计方法，其特征在于，步骤S1.1中，所述井下分选条件主要包括原煤煤质与块度范围、原煤生产能力，所述分选需求主要包括分选粒径、设计产能。

3.根据权利要求1所述的一种井下分选硐室断面优化设计方法，其特征在于，步骤S2.2中，等效开挖模型附近围岩采用Strain-Softening本构模型，远处岩体采用Mohr-Coulomb本构模型。

4.根据权利要求1或3所述的一种井下分选硐室断面优化设计方法，其特征在于，步骤S2.2中，在断面形状为单一变量条件下，为避免岩体不同力学参数对模拟结果产生影响，对等效开挖模型内岩体的密度、体积模量、剪切模量、内摩擦角、内聚力和抗拉强度进行均一化处理。