本發明專利技術公開了一種沿空留巷巷旁柔強雙層復合支護高強材料適宜性評價方法，所述的柔強雙層復合支護由上下兩層充填體組合而成，上層充填體采用柔性材料，下層充填體采用高強材料，下層高強材料適宜性評價方法是以巷道允許變形量為依據，結合充填體壓縮量與矸石壓縮量協調變形來確定采空區矸石壓縮系數，以高強充填材料與采空區矸石壓縮性能確定充填體承載力，進而獲得高強充填材料所需抗壓強度，用預選的高強材料實際抗壓強度與獲得的高強充填材料所需抗壓強度進行比較，從而對預選的高強材料適宜性進行評價。本發明專利技術評價方法充分考慮高強充填材料與采空區矸石承載性能，克服了以往忽略采空區矸石壓縮量對其承載能力影響的不足。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種沿空留巷巷旁柔強雙層復合支護高強材料強度確定方法，屬于礦井采空區巷旁支護
。
技術介紹
沿空留巷是一種無煤柱開采技術，具有緩解采煤工作面接續緊張，顯著提高煤炭資源回收率，有效延長礦井服務年限等優點，其中巷旁支護是沿空留巷成功與否的關鍵技術。目前國內外沿空留巷巷旁支護類型主要為人工砌矸石帶等巷旁柔性充填體承載、充填剛性材料的巷旁剛性充填體承載以及巷旁分級充填分段承載三種方式。與本專利技術有關的技術是巷旁分級充填分段承載方式，它是一種柔強雙層復合支護結構，由上下兩層充填體組合而成，上層采用柔性充填材料，下層采用高強材料。巷旁充填體抗壓強度是進行巷旁支護的重要參數，也是評價所選取的充填材料是否適宜的關鍵因素，對留巷效果起決定作用，并對沿空留巷的經濟效益產生重要影響。巷旁充填體抗壓強度主要來源于下層高強材料，如果充填體強度過小，充填體在頂板壓力的作用下破壞，將使圍巖變形失去控制，導致留巷失敗；充填體強度過大，雖然能保證留巷效果，但充填材料的成本將大幅提高，經濟效益較差。目前，確定巷旁充填體強度的方法多是針對前兩種巷旁支護方式來設計，采用這些方法對巷旁分級充填分段承載方式時充填體強度進行設計的缺陷是:將上下兩層充填體作為一個同等性能的整體來計算，并沒有考慮柔性充填體的早期讓壓作用，認為充填體一直處于“限定變形”工作狀態；并沒有考慮充填體與采空區矸石承載性能的變化，忽略了充填體與矸石承載力與其壓縮量的定量關系。因此，所確定的巷旁充填體強度并不準確，一般情況下遠大于巷旁充填體實際需要強度，雖然能夠保證巷道安全，但造成了較大的浪費。而專利技術沿空留巷巷旁充填的初衷就是為了提高煤炭資源的采出率，提高經濟效益，如果僅僅為了實現沿空留巷巷旁充填，而不考慮充填成本，那這種沿空留巷巷旁充填實際上是一種失敗的充填技術。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，通過這種方法實現在保證巷道安全的前提下，充填經濟效益的最優化。為達到上述目的，本專利技術采取技術方案是:—種，其特征在于，所述的柔強雙層復合支護由上下兩層充填體組合而成，上層充填體采用柔性材料，下層充填體采用高強材料，下層高強材料適宜性評價方法是:以巷道允許變形量為依據，結合充填體壓縮量與矸石壓縮量協調變形來確定采空區矸石壓縮系數，以高強充填材料與采空區矸石壓縮性能確定充填體承載力，進而獲得高強充填材料所需抗壓強度，用預選的高強材料實際抗壓強度與獲得的高強充填材料所需抗壓強度進行比較，從而對預選的高強材料適宜性進行評價；具體步驟如下:第一步:測定沿空留巷相關技術參數；技術參數包括:采高h, m ;直接頂容重Y z，kN/m3 ;直接頂厚度mz,m;基本頂容重Y E，kN/m3 ;基本頂厚度mE, m ；基本頂斷裂步距L2, m ;與基本頂巖層同時運動巖層的容重Y s, kN/m3 ；與基本頂巖層同時運動巖層的厚度ms, m ;充填體側巷道圍巖允許最大變形[Ah。]，!!!；基本頂斷裂線距煤壁的距離L。，m ；第二步:對巷旁柔性充填材料進行室內壓縮試驗，獲得柔性材料最大壓縮系數Kr ；第三步:預選充填所需的高強材料，并測定高強材料的實際抗壓強度σ c ;第四步:確定巷旁高強充填材料所需抗壓強度[oc];第4.1步:確定頂板巖層作用力；頂板壓力由三部分組成，分別為:直接頂作用力Fz、基本頂作用力Fe和基本頂上方巖層均布載荷qs產生的作用力Fs ;其中:直接頂作用力Fz本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種沿空留巷巷旁柔強雙層復合支護高強材料適宜性評價方法，其特征在于，所述的柔強雙層復合支護由上下兩層充填體組合而成，上層充填體采用柔性材料，下層充填體采用高強材料，下層高強材料適宜性評價方法是：以巷道允許變形量為依據，結合充填體壓縮量與矸石壓縮量協調變形來確定采空區矸石壓縮系數，以高強充填材料與采空區矸石壓縮性能確定充填體承載力，進而獲得高強充填材料所需抗壓強度，用預選的高強材料實際抗壓強度與獲得的高強充填材料所需抗壓強度進行比較，從而對預選的高強材料適宜性進行評價；具體步驟如下：第一步：測定沿空留巷相關技術參數；技術參數包括：采高h，單位m；直接頂容重γZ，單位kN/m3；直接頂厚度mZ，單位m；基本頂容重γE，單位kN/m3；基本頂厚度mE，單位m；基本頂斷裂步距L2，單位m；與基本頂巖層同時運動巖層的容重γS，單位kN/m3；與基本頂巖層同時運動巖層的厚度mS，單位m；充填體側巷道圍巖允許最大變形[Δhc]，單位m；基本頂斷裂線距煤壁的距離L0，單位m；第二步：對巷旁柔性充填材料進行室內壓縮試驗，獲得柔性材料最大壓縮系數Kr；第三步：預選充填所需的高強材料，并測定高強材料的實際抗壓強度σC；第四步：確定巷旁高強充填材料所需抗壓強度[σC]；第4.1步：確定頂板巖層作用力；頂板壓力由三部分組成，分別為：直接頂作用力FZ、基本頂作用力FE和基本頂上方巖層均布載荷qS產生的作用力FS；其中：直接頂作用力FZFZ=γZmZ(L1+12d)式中：d為充填體寬度，單位m；基本頂作用力FEFE=γEmEL2基本頂上方巖層產生的均布載荷qS及其對基本頂巖梁的作用力FSqS=γSmSFS=qSL2第4.2步：確定高強材料壓縮系數KC；高強充填材料的壓縮系數受巷道允許變形量的制約，同時與柔性材料壓縮量有關，根據高強充填材料的壓縮量等于充填體側巷道圍巖允許最大變形量減去柔性材料壓縮量，得出：KC=[Δhc]-Krh1h2式中：h1為柔性材料厚度，m；h2為高強材料充填厚度，m；第4.3步：確定矸石壓縮系數Kg；由充填體處頂板下沉量與基本頂觸矸處的頂板下沉量的變形協調關系[Δhc]L1=Δhg+SAL2其中Dhg為矸石壓縮量，SA為基本頂觸矸時的下沉量Δhg=KgKAmZSA=h?(KA?1)mZ則矸石壓縮系數Kg為Kg=Krh1+KCh2KAmZL1L2-h-(KA-1)mZKAmZ式中KA為采空區垮落矸石的碎脹系數，取1.15～1.35；第4.4步：確定矸石承載性能Fg；對采空區矸石進行室內壓縮試驗，獲得矸石承載力Fg與矸石壓縮系數Kg的關系；第4.5步：確定高強充填材料所需強度[σC]；根據力學平衡原理得出：ΣF=FC+Fm+Fg?FZ?FE?FS=0ΣM=Fm·12L0+FC·L1+Fg·L2-FZ·12(L1+12d)-FE·12L2-12qsL22=0由此得充填體受力FC為FC=FZ(L1+d2-L0)+FE(L2-L0)+qsL2(L2-L0)-Fg(2L2-L0)2L1-L0因此，高強充填材料所需強度為[σc]=FCd第五步：比較高強充填材料所需強度與實際強度，評判高強充填材料的適宜性；定義安全系數δ為所選高強材料實際強度與巷旁充填體所需強度的比值，即δ=σC[σC]規定：當δ＜1.05時，說明預選的高強材料的實際強度偏低，用作充填材料無法保證巷道安全，不適宜用作高強充填材料；當1.05≤δ≤1.25時，說明預選的高強材料的實際強度基本符合要求，即保證了巷道安全，又不至于造成浪費，可以用來作高強充填材料；當δ＞1.25時，說明預選的高強材料的實際強度遠遠大于實際強度，雖然保證了巷道安全，但造成了較大的浪費，不適宜用作高強充填材料。FDA0000413552930000032.jpg...
【技術特征摘要】
1.一種沿空留巷巷旁柔強雙層復合支護高強材料適宜性評價方法，其特征在于，所述的柔強雙層復合支護由上下兩層充填體組合而成，上層充填體采用柔性材料，下層充填體采用高強材料，下層高強材料適宜性評價方法是:以巷道允許變形量為依據，結合充填體壓縮量與矸石壓縮量協調變形來確定采空區矸石壓縮系數，以高強充填材料與采空區矸石壓縮性能確定充填體承載力，進而獲得高強充填材料所需抗壓強度，用預選的高強材料實際抗壓強度與獲得的高強充填材料所需抗壓強度進行比較，從而對預選的高強材料適宜性進行評價；具體步驟如下: 第一步:測定沿空留巷相關技術參數； 技術參數包括:采高h,單位m ； 直接頂容重Y v單位kN/m3 ； 直接頂厚度mz,單位m ； 基本頂容重Y E，單位kN/...
【專利技術屬性】
技術研發人員：譚云亮，于鳳海，劉學生，寧建國，
申請(專利權)人：山東科技大學，
類型：發明
國別省市：
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