[发明专利]一种高阶段胶结充填体强度优化配置方法及应用

权利要求书

1.一种高阶段胶结充填体强度优化配置方法，其特征在于，包括有以下步骤：

S1：进行单侧揭露三侧受压的分层结构胶结充填体三维强度模型构建：

基于Mohr-Coulomb强度准则，考虑胶结充填体结构特性、顶部超载、右侧压、侧壁摩擦力因素，建立胶结充填体大深宽比条件下的三维强度模型；

S2：进行分层胶结充填体受压破坏面分析：

根据建立的三维强度模型，分析不同宽度D的胶结充填体，受压破坏面会出现三种不同的情况，即受压破坏面完全位于底部分层、受压破坏面贯穿底部及中间分层和受压破坏面贯穿全部分层；

S3：进行分层结构胶结充填体稳定性影响因素分析：

根据建立的三维强度模型，三种情况下受压破坏面的分析，分析影响充填体稳定性的因素；

S4：进行分层结构胶结充填体滑动模型安全系数和强度需求对比分析：

根据三维强度模型，受压破坏面分析及稳定性影响因素，控制顶部、底部分层充填体灰砂比不变，进行中间分层充填体的安全系数及强度需求对比分析，以验证上述结构特征的三维强度模型的合理性并计算充填体强度。

2.根据权利要求1所述的一种高阶段胶结充填体强度优化配置方法，其特征在于，步骤S1中三维强度模型：顶部充填体受到自身重力及上覆压力作用，前后两侧受到围岩产生的摩擦力，右侧受到非胶结充填体的侧压力，胶结充填体分为顶部、中间、底部三层，胶结充填体单侧揭露。

3.根据权利要求1所述的一种高阶段胶结充填体强度优化配置方法，其特征在于，所述步骤S2中受压破坏面出现三种不同的情况，即受压破坏面完全位于底部分层、受压破坏面贯穿底部及中间分层和受压破坏面贯穿全部分层；当受压破坏面完全位于底层时，此时存在l₀≤l₁-Dtanα；则受压破坏面上部楔形胶结充填体受到前后两侧围岩的总摩擦力f为：

f＝Da[c₁(4l₁-l₀-Dtana)+2c₂l₂]

胶结充填体楔形滑动体右壁上受到非胶结充填体作用的侧向压力F_c为：

胶结充填体楔形滑动体的自重和作用在其上表面的压力为N：

以受压破坏面为工作面，利用极限平衡原理，求得充填体安全系数F为：

根据上式可知，胶结充填体安全系数F确定时，底层胶结充填体所需内聚力c₁的解析式为：

根据内聚力比值α₁₂的定义，则中间层胶结充填体所需内聚力c₂的解析式为：

当受压破坏面贯穿底部及中间分层时，此时存在l₁-Dtanαl₀≤l₁；则受压破坏面上部楔形胶结充填体受到前后两侧围岩的总摩擦力f为：

胶结充填体楔形滑动体右壁上受到非胶结充填体作用的侧向压力F_c为：

胶结充填体楔形滑动体的自重和作用在其上表面的压力为N：

受压破坏面贯穿底部及中间分层，在底层中受压破坏面面积为A₁，在中间层中受压破坏面面积为A₂。

以受压破坏面为工作面，利用极限平衡原理，求得充填体安全系数F为：

根据上式可知，胶结充填体安全系数F确定时，底层胶结充填体所需内聚力c₁的解析式为：

根据内聚力比值α₁₂的定义，则中间层胶结充填体所需内聚力c₂的解析式为：

当受压破坏面贯穿全部分层时，此时存在l₁+l₂-Dtanαl₀l₁:则受压破坏面上部楔形胶结充填体受到前后两侧围岩的总摩擦力f为：

胶结充填体楔形滑动体右壁上受到非胶结充填体作用的侧向压力F_c为：

胶结充填体楔形滑动体的自重和作用在其上表面的压力为N：

受压破坏面贯穿顶部、底部、中间全部分层，在底层中受压破坏面面积为A₁，在中间层中受压破坏面面积为A₂，在顶层中受压破坏面面积为A₃。

以受压破坏面为工作面，利用极限平衡原理，求得充填体安全系数F为：

根据上式可知，胶结充填体安全系数F确定时，底层胶结充填体所需内聚力c₁的解析式为：

根据内聚力比值α₁₂的定义，则中间层胶结充填体所需内聚力c₂的解析式为：

其中l₀为受压破坏面最低点与底部相距高度，m；l₁为顶部和底部分层高度，m；l₂为中间分层高度，m；D为矿房胶结充填体宽度，m；L为充填体长度，m；H为充填体高度，m；为充填体内摩擦角，°；a为粘结比；A₁为底部受压破坏面积，m²；A₂为中部受压破坏面积，m²；A₃为顶部受压破坏面积，m²；S为总受压破坏面积，m²；a₁₂为内聚力比值；γ₁为顶层及底层容重、γ₂为中间层容重，KN/m³；c₁为顶层及底层内聚力，KPa；c₂为中间层内聚力，KPa；α为受压破坏面与水平面夹角，°。