CN110553936A - 一种散体充填材料承载压缩应变预计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种散体充填材料承载压缩应变预计方法，首先调研分析所研究矿井的地质条件以及充填采煤现场情况，提取散体充填材料承载压缩应变的影响因子；将收集的矸石进行破碎、筛分，制备成不同粒径的试样并根据影响因子设计多因素实验方案，再通过多元非线性回归得到充填材料抗压强度σc、粒径配比掺量Bg、侧向加载压力σh、侧向加载次数n与散体充填材料承载压缩应变εv的关系表达式，最后依据充填采煤工程参数和充填材料性质计算得出不同影响因子条件下的散体充填材料承载压缩应变εv。本发明为固体充填采煤的散体充填材料承载压缩应变预计提供理论参考，为固体充填采煤充填体的压缩率预计及上覆岩层应变预计提供理论支撑。

Description

一种散体充填材料承载压缩应变预计方法
技术领域
本发明涉及煤炭资源固体充填开采散体充填材料承载压缩应变预计技术领域，尤其涉及一种散体充填材料承载压缩应变、采空区充填体压实率的预计方法。
背景技术
目前随着煤炭资源的高强度开采，东部浅部优质煤炭资源逐渐枯竭，使得煤炭资源向东部深部和西部发展，对于东部深部煤炭资源的开采伴随着深部资源的提升问题，导致深部煤炭资源提升费用增大，特别是对于含矸率较高的矿井更使得在煤炭资源开采过程中，导致开采成本增加且矿井产量降低。而对于西部浅部煤炭资源的开采，面对着保护地表脆弱生态坏境和煤炭产量的双重压力，使得在煤炭资源开采过程中，高效、绿色、安全成为大多数矿井在煤炭资源开采过程中亟待解决的问题。
对于固体充填开采技术在煤炭资源开采的过程中采用固体充填开采技术可以有效的解决深部煤炭资源在开采过程中伴随含矸率较高增加提升成本的问题，可以在井下进行分选，分选出的矸石直接用于井下就地充填，既减少提升费用，又可以增加精煤的提升量增加矿井的产量和利润。而对于西部浅部煤炭资源的开采采用固体充填技术，可有效的控制地表岩层移动，防止顶板发生大面积的垮落，进而可以在西部煤炭资源开采过程中，同时可以缓解对地表脆弱生态环境的破坏。
固体充填采煤过程中，为有效控制地表岩层移动需对散体充填材料进行有效的夯实，要充分了解在散体充填材料在各因素的影响作用下其承载应变量，进而进行精准的充填与夯实，因此在煤炭资源进行固体充填开采过程中，探究各不同影响因子对散体充填材料的承载应变的影响，对实现煤岩资源的高效、绿色、安全开采具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种散体充填材料承载压缩应变预计方法，解决了散体充填材料在进行充填过程中，基于各影响因子条件下，散体充填材料的应力-应变关系，预计散体充填材料的承载压缩应变量可以精准、有效的进行夯实充填体，达到显著的充填效果。
技术方案：本发明的一种散体充填材料承载压缩应变预计方法，首先以调研充填矿井的实际地质条件为基础，并通过正交实验和多元非线性回归相结合的方法得出充填材料抗压强度σc、粒径配比掺量Bg、侧向加载压力σh、侧向加载次数n与承载压缩应变量之间的关系表达式εv，最终通过实际充填矿井的工程参数，得出对应的散体充填材料承载压缩应变量εv，包括如下步骤：
第一步，调研统计分析充填采煤现场情况，并进行散体材料取样。
第二步，将取样得到的散体充填材料破碎筛分成不同粒径的散体颗粒，制备不同粒径的实验试样。
第三步，提取散体充填材料承载压缩应变的影响因子，包括充填材料抗压强度性σc、粒径配比掺量Bg、侧向加载压力σh、侧向加载次数n，对其设计正交实验方案。
第四步，根据正交设计方案，进行散体充填材料承载压缩特性测试，得到不同影响因子下散体充填材料承载压缩应变值。
第五步，通过多元非线性回归得到充填材料抗压强度σc、粒径配比掺量Bg、侧向加载压力σh、侧向加载次数n与散体充填材料承载压缩应变εv关系表达式:εv(σc,Bg,σh,n,σv)
第六步，依据实际充填采煤工程参数与充填材料性质，确定充填材料抗压强度σc、粒径配比掺量Bg、侧向加载压力σh、侧向加载次数n、轴向应力σv值带入关系表达式，预计计算出散体充填材料承载压缩应变量εv
所述的散体充填材料粒径为0～50mm，侧压应力为0～8MPa，侧向加载次数为1～9次。
有益效果：本发明公开了一种散体充填材料承载压缩应变预计方法，将影响因子即充填材料抗压强度σc、粒径配比掺量Bg、侧向加载压力σh、侧向加载次数n、轴向应力σv带入表达关系式即可预计出所采用的散体充填材料承载压缩应变量，既能得出各因素对散体充填材料的影响规律，又可得出各影响因素之间的控制效果先后顺序，实现在进行固体充填开采过程中，各主控因素之间的最佳组合。本发明方法新颖，集充填材料抗压强度、粒径配比掺量、侧向加载压力、侧向加载次数4种主控因素为一体，集中探究各个影响因素之间的影响，在固体充填开采矿井中具有很好的推广价值。
附图说明
图1为本发明的一种散体充填材料承载压缩应变预计方法流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种散体充填材料承载压缩应变预计方法。首先调研分析所研究矿井的地质条件以及充填采煤现场情况，提取散体充填材料承载压缩应变的影响因子。其次将收集的矸石进行破碎、筛分，制备成不同粒径的试样并根据影响因子设计多因素实验方案，然后通过多元非线性回归得到充填材料抗压强度σc、粒径配比掺量Bg、侧向加载压力σh、侧向加载次数n与散体充填材料承载压缩应变εv的关系表达式，最后依据充填采煤工程参数和充填材料性质计算得出不同影响因子条件下的散体充填材料承载压缩应变εv。本发明为固体充填采煤的散体充填材料承载压缩应变预计提供了理论参考，为固体充填采煤充填体的压缩率预计以及上覆岩层应变预计提供有效的理论支撑。下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
下面结合附图对本发明的一种散体充填材料承载压缩应变预计方法进行详细描述。
本发明的一种散体充填材料承载压缩应变预计方法，首先以调研充填矿井的实际地质条件为基础，并通过正交实验和多元非线性回归相结合的方法得出充填材料抗压强度σc、粒径配比掺量Bg、侧向加载压力σh、侧向加载次数n与承载压缩应变量之间的关系表达式εv，最终通过实际充填矿井的工程参数，得出对应的散体充填材料承载压缩应变量εv，包括如下步骤：
第一步，调研统计分析充填采煤现场情况并进行散体材料取样。
第二步，将取样得到的散体充填材料破碎筛分成不同粒径的散体颗粒，制备不同粒径的实验试样。
第三步，提取散体充填材料承载压缩应变的影响因子，包括充填材料抗压强度性σc、粒径配比掺量Bg、侧向加载压力σh、侧向加载次数n，对其设计正交实验方案。
第四步，根据正交设计方案，进行散体充填材料承载压缩特性测试，得到不同影响因子下散体充填材料承载压缩应变值。
第五步，通过多元非线性回归得到充填材料抗压强度σc、粒径配比掺量Bg、侧向加载压力σh、侧向加载次数n与散体充填材料承载压缩应变εv关系表达式:εv(σc,Bg,σh,n,σv)
第六步，依据实际充填采煤工程参数与充填材料性质，确定充填材料抗压强度σc、粒径配比掺量Bg、侧向加载压力σh、侧向加载次数n、轴向应力σv值带入关系表达式，预计计算出散体充填材料承载压缩应变量εv
所述的散体充填材料粒径为0～50mm，侧压应力为0～8MPa，侧向加载次数为1～9次。
具体实施以某充填矿为例，具体实施步骤如下：
第一步，调研统计分析充填采煤现场情况，并进行散体材料取样，其中取得散体材料的矸石试样为砂岩、泥岩、石灰岩与页岩。
第二步，将取到的不同抗压强度的矸石进行破碎成不同粒径的散体颗粒，制备不同粒径的实验试样，分别为0～10mm、10～20mm、20～30mm与0～30mm。
第三步，提取散体充填材料承载压缩应变的影响因子，包括材料抗压强度σc、粒径配比掺量Bg、侧向加载压力σh、侧向加压次数n，对其设计正交实验方案，如下表1所示：
表1正交实验方案
第四步，首先通过正交实验方案进行实验设计得到的实验结果如下表2所示
第五步，通过正交实验结果以及多元非线性回归得到散体充填材料承载压缩应变的预计公式：
第六步，将具体的实际采煤工程地质参数即充填材料抗压强度σc为58.44MPa、粒径配比掺量Bg为2.14、侧向加载压力σh为2MPa、侧向加载次数n为5次、轴向加载应力σv为20MPa带入表达关系式，预计计算出散体充填材料承载压缩应变量为0.2969755745。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种散体充填材料承载压缩应变预计方法，其特征是：包括如下步骤：
第一步，调研统计分析充填采煤现场情况，并进行散体材料取样；
第二步，将取样得到的散体充填材料破碎筛分成不同粒径的散体颗粒，制备不同粒径的实验试样；
第三步，提取散体充填材料承载压缩应变的影响因子，对其设计正交实验方案；
第四步，根据正交设计方案，进行散体充填材料承载压缩特性测试，得到不同影响因子下散体充填材料承载压缩应变值εv；
第五步，通过多元非线性回归得到各影响因子与散体充填材料承载压缩应变εv关系表达式；
第六步，依据实际充填采煤工程参数与充填材料性质，将实际的各影响因子值带入所述关系表达式，预计计算出散体充填材料承载压缩应变量εv。
2.根据权利要求1所述的一种散体充填材料承载压缩应变预计方法，其特征在于：所述的散体充填材料破碎筛分成粒径为0～50mm的散体颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种散体充填材料承载压缩应变预计方法，其特征在于：所述影响因子包括充填材料抗压强度σc、粒径配比掺量Bg、侧向加载压力σh、侧向加载次数n。
4.根据权利要求3所述的一种散体充填材料承载压缩应变预计方法，其特征在于：所述侧向加载压力为0～8MPa，侧向加载次数为1～9次。
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