切顶留巷挡矸侧受力分析方法技术

本公开提出一种切顶留巷挡矸侧受力分析方法，包括：对矿区取样的矸石进行破碎筛分，得到多种岩性、多种粒径的矸石样本，并对多种岩性、多种粒径的矸石样本进行组合，得到多个实验组样本，并将每个实验组样本分层填装至预先制作的矸石压缩装置，其中，矸石压缩装置包括模拟的挡矸侧和加载侧，并将不同角度的加载板分别放置在加载侧，并对加载板施加加载应力，其中，加载板用于模拟切顶留巷上方关键块体回转特征，并测量挡矸侧在加载应力作用下产生的侧向应力，以及确定侧向应力与加载应力、加载板的角度之间的关系，能够分析不同回转特征的关键块体压力对不同岩性及粒径的矸石帮侧向的作用效果，为支护精准补强设计提供理论支撑。撑。撑。

【技术实现步骤摘要】
切顶留巷挡矸侧受力分析方法


[0001]本公开涉及模拟实验
，尤其涉及一种切顶留巷挡矸侧受力分析方法。

技术介绍

[0002]切顶卸压沿空留巷新工艺在顶板切缝后进行开采，改变了岩层运动与矿山压力显现规律，形成了以“短悬臂梁”型顶板、两帮一侧为煤壁，另一侧为挡矸碎石帮、以及底板两侧的约束不对称的特殊巷道围岩结构。随着煤矿开采深度的增加，深部巷道围岩变形问题引起的灾害事故愈加严重，尤其是回采巷道事故频发，而回采巷道的事故主要是切顶留巷的矸石帮变形造成的。然而，相关技术中关于矸石帮的研究，仅限于估算矸石帮承压计算，无法准确的对矸石帮受力进行分析，从而不能对矸石帮进行准确支护，进而不能很好的预防巷道事故。

技术实现思路

[0003]本公开提出了一种切顶留巷挡矸侧受力分析方法，旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0004]本公开第一方面实施例提出了一种切顶留巷挡矸侧受力分析方法，其特征在于，包括：对矿区取样的矸石进行破碎筛分，得到多种岩性、多种粒径的矸石样本；对多种岩性、多种粒径的矸石样本进行组合，得到多个实验组样本；将每个实验组样本分层填装至预先制作的矸石压缩装置，其中，矸石压缩装置包括模拟的挡矸侧和加载侧；将不同角度的加载板分别放置在加载侧，并对加载板施加加载应力，其中，加载板用于模拟切顶留巷上方关键块体回转特征；测量挡矸侧在加载应力作用下产生的侧向应力；以及确定侧向应力与加载应力、加载板的角度之间的关系。
[0005]一些实施例，多个实验组样本包括同种岩性不同粒径的实验组样本、不同岩性同种粒径的实验组样本、不同岩性不同粒径的实验组样本。
[0006]一些实施例，不同角度的加载板包括0
°
、5
°
、10
°
、15
°
、25
°
、30
°
的加载板。
[0007]一些实施例，对加载板施加加载应力，包括：采用微机控制伺服试验机施加加载应力，加载速度为2KN/s。
[0008]一些实施例，方法还包括：测量挡矸侧在加载应力作用下水平方向的膨胀位移、竖直方向的压缩位移与竖直应力。
[0009]一些实施例，每个实验组样本中不同种类的矸石样本的体积相同。
[0010]一些实施例，多种粒径包括15mm粒径、30mm粒径。
[0011]一些实施例，矸石压缩装置为150mm*150mm*150mm的立方体结构，立方体结构的矸石压缩装置任一侧面为挡矸侧，上底面为加载侧。
[0012]一些实施例，方法还包括：对多种岩性、多种粒径的矸石样本进行扫描，得到多种矸石样本的三维颗粒图形，并根据多个实验组样本确定对应的多组目标三维颗粒图形；生成与矸石压缩装置对应的第一虚拟装置，生成与不同角度的加载板对应的多个第二虚拟装
置；在第一虚拟装置中虚拟每组目标三维颗粒图形，并在第一虚拟装置的上部分别虚拟多个第二虚拟装置及加载应力，以模拟三维颗粒流模型；追踪三维颗粒流模型中每个三维颗粒的运动轨迹，以及三维颗粒间的应力传递链条。
[0013]一些实施例，方法还包括：监测第一虚拟装置的挡矸侧的目标参数，目标参数包括轴向应力参数、轴向应变参数、侧向应力参数、侧向应变参数。
[0014]本实施例中，通过对矿区取样的矸石进行破碎筛分，得到多种岩性、多种粒径的矸石样本，并对多种岩性、多种粒径的矸石样本进行组合，得到多个实验组样本，并将每个实验组样本分层填装至预先制作的矸石压缩装置，其中，矸石压缩装置包括模拟的挡矸侧和加载侧，并将不同角度的加载板分别放置在加载侧，并对加载板施加加载应力，其中，加载板用于模拟切顶留巷上方关键块体回转特征，并测量挡矸侧在加载应力作用下产生的侧向应力，以及确定侧向应力与加载应力、加载板的角度之间的关系，能够分析不同回转特征的关键块体压力对不同岩性及粒径的矸石帮侧向的作用效果，为切顶卸压沿空留巷在非均部静载及动载影响下的大采高矸石帮挡矸支护精准补强设计提供理论支撑，从而可以降低巷道事故发生的概率。
[0015]本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
[0016]本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0017]图1是根据本公开实施例提供的切顶留巷的结构示意图；
[0018]图2是根据本公开实施例提供的切顶留巷矸石帮受力分析实验过程的示意图；
[0019]图3是根据本公开实施例提供的切顶留巷挡矸侧受力分析方法的流程示意图；
[0020]图4是根据本公开实施例提供的矸石压缩装置及挡矸侧的结构示意图；
[0021]图5是根据本公开实施例提供的矸石样本填装的结构示意图；
[0022]图6是根据本公开实施例提供的不同角度的加载板的结构示意图；
[0023]图7是根据本公开实施例提供的切顶留巷物理模型的结构示意图。
具体实施方式
[0024]下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。相反，本公开的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0025]本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的专利技术后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本
中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0026]正如
技术介绍
中所述的，相关技术中关于矸石帮的研究，仅限于估算矸石帮承压计算，无法准确的对矸石帮受力进行分析。图1是根据本公开实施例提供的切顶留巷的结构示意图，如图1所示，专利技术人在研究过程中发现，切顶在厚煤层大采高综采工作面切顶留巷中，巷道上方关键块体回转变形剧烈，关键块体位态在强静载和高动载作用下，随着工作面推进逐渐演变；同时厚煤层工作面切顶留巷矸石帮岩性分布、矸石粒径分布复杂，而上述的关键块体回转以及不同岩性及粒径的分布都会对矸石帮的变形产生影响。鉴于此，专利技术人提出切顶留巷矸石帮侧受力分析多种实验方法，图2是根据本公开实施例提供的切顶留巷矸石帮受力分析实验过程的示意图，如图2所示，多种实验包括岩石力学实验、PFC模拟实验(三维颗粒流模拟实验)以及相似模拟实验。
[0027]图3是根据本公开实施例提供的切顶留巷挡矸侧受力分析方法的流程示意图，该方法对应岩石力学实验，如图3所示，方法包括：
[0028]步骤一：对矿区取样的矸石进行破碎筛分，得到多种岩性、多种粒径的矸石样本。
[0029]在实际应用中，可以在典型的深部厚煤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切顶留巷挡矸侧受力分析方法，其特征在于，包括：对矿区取样的矸石进行破碎筛分，得到多种岩性、多种粒径的矸石样本；对所述多种岩性、多种粒径的矸石样本进行组合，得到多个实验组样本；将每个所述实验组样本分层填装至预先制作的矸石压缩装置，其中，所述矸石压缩装置包括模拟的挡矸侧和加载侧；将不同角度的加载板分别放置在所述加载侧，并对所述加载板施加加载应力，其中，所述加载板用于模拟切顶留巷上方关键块体回转特征；测量所述挡矸侧在所述加载应力作用下产生的侧向应力；以及确定所述侧向应力与所述加载应力、所述加载板的角度之间的关系。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述多个实验组样本包括同种岩性不同粒径的实验组样本、不同岩性同种粒径的实验组样本、不同岩性不同粒径的实验组样本。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述不同角度的加载板包括0
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、5
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、15
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、25
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、30
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的加载板。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述加载板施加加载应力，包括：采用微机控制伺服试验机施加所述加载应力，加载速度为2KN/s。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙闯，程健，周天白，田文龙，张晓雨，骆意，
申请(专利权)人：煤炭科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：