一种中间桥拆除过程中的协同排土发展位置确定方法技术

本发明专利技术提供一种中间桥拆除过程中的协同排土发展位置确定方法。首先基于空间曲面面积微元思想，求解关于中间桥拆除长度的底面面积和中间桥动态拆除部分的体积，然后根据摩尔

【技术实现步骤摘要】
一种中间桥拆除过程中的协同排土发展位置确定方法


[0001]本专利技术属于露天矿开采
，具体涉及一种中间桥拆除过程中的协同排土发展位置确定方法。

技术介绍

[0002]排土压帮是控制软岩露天煤矿边坡稳定性的最佳措施之一。多数露天煤矿往往在建设初期甚至是很长一段时间内采用分坑开采，在相邻露天矿坑形成中间桥。为回收中间桥压覆煤炭资源，需将中间桥进行拆除。在拆除过程中，中间桥对边坡的支挡效应会逐渐减小，边坡稳定性势必降低，处理不当将导致大规模滑坡发生。排土压帮可增加边坡整体的抗滑力，因此，可通过中间桥拆除与内排土场协同发展的方式，利用内排土场对边坡的支挡效应来弥补中间桥拆除过程中支挡效应的损失，进而控制边坡稳定性。
[0003]但目前对于内排土场发展所增加的抗滑力与中间桥拆除所减小的抗滑力二者之间尚未形成统一认识，为此有必要通过建立二者之间的定量关系，确定协同排土发展位置，进而科学指导工程设计、边坡治理与安全实施。采用现有技术在中间桥拆除过程中，边坡稳定性会逐渐减小，达到某一阈值时，边坡稳定性系数会小于安全储备系数，不满足安全生产要求，况且现有技术仅能指导中间桥拆除到某一阈值，即刚好满足安全储备系数要求，无法指导中间桥继续拆除，直至完全拆除。

技术实现思路

[0004]基于上述问题，本专利技术提供一种中间桥拆除过程中的协同排土发展位置确定方法，包括：
[0005]步骤1：在中间桥底界面一侧角点处建立笛卡尔直角坐标系，得到倾斜基底空间曲面Σ方程及投影在XOY平面上的曲面边界方程y1、y2：
[0006][0007][0008]式中，ω表示基底倾角；d表示中间桥的底宽；h表示中间桥的桥高；b表示中间桥的桥长；α2、α3分别表示中间桥两侧下底角；
[0009]步骤2：基于空间曲面面积微元思想，求出有关于中间桥拆除长度x
z
对应的底面面积S
z
：
[0010][0011]步骤3：计算中间桥动态拆除部分的体积V
z
：
[0012][0013]式中，α1表示中间桥沿边坡倾向下底角；
[0014]步骤4：根据摩尔
–
库伦强度准则及中间桥动态拆除过程中的空间特征，计算中间桥拆除部分对应的边坡支挡效应减小量T
z
：
[0015][0016]式中，c
j
为中间桥底板岩层的黏聚力；γ
z
为中间桥各岩层的加权容重；为中间桥底板岩层的内摩擦角；
[0017]步骤5：基于摩尔
–
库伦强度准则并考虑内排土场动态发展过程中的空间特征，将排土压帮体简化为棱柱，在排土场中心位置切割剖面，计算排土压帮体对边坡支挡效应增量T
p
：
[0018][0019]式中，x
p
为排土宽度；c
p
为排弃物料的黏聚力；γ
p
为排弃物料容重；为排弃物料的内摩擦角；S
p
为内排土场截面面积；L
p
为待求解排土场发展长度；
[0020]步骤6：基于中间桥与内排土场协同发展理念，联立T
z
及T
p
数学表达式，求解排土场发展长度L
p
：
[0021][0022]进一步地，通过控制排土场发展长度及排土宽度x
p
，求解内排土场截面面积S
p
，通过计算求得的内排土场截面面积S
p
，在CAD软件中绘制相应的断面模型获得最小排土标高。
[0023][0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术提出了一种中间桥拆除过程中的协同排土发展位置确定方法，通过定量表征中间桥拆除及内排土场发展过程对边坡的支挡效应变化量，以及建立内排土场发展所增加的抗滑力与中间桥拆除所减小的抗滑力二者之间的定量关系，最终获得了中间桥拆除过程中的协同排土发展位置的求解过程，为有效解决分坑开采时拆除中间桥、发展内排土场条件下的边坡稳定性分析难题奠定了基础；同时，对于中间桥拆除过程中的滑坡防治技术提供了一种全新的思路，科学意义重大。专利技术的预期成果也可辐射至相邻露天煤矿开采过程中的中间桥、排土场协同设计中，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0026]图1为本专利技术中间桥与内排土场空间形态、受力状态图。
[0027]图2为本专利技术中间桥与内排土场计算示意图，其中(a)为中间桥拆除与内排土场协同发展平面示意图；(b)为1
‑
1'剖面图；(c)为中间桥拆除部分空间几何要素示意图。
[0028]图3为本专利技术典型地质剖面图。
[0029]图4为本专利技术排土标高为+932m时排土压帮剖面示意图。
[0030]图5为本专利技术排土场发展长度L
p
＝240m时排土压帮平面示意图。
[0031]图6为本专利技术排土场发展长度L
p
＝500m，排土宽度40m时排土压帮平面示意图。
[0032]图7为本专利技术排土标高为+920m时排土压帮剖面示意图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和具体实施实例对专利技术做进一步说明。
[0034]受矿山采运设备规格与地层产状影响，拆除部分的中间桥及协同排土压帮体的空间形态一般为不规则多面体。在中间桥拆除过程中，其对非工作帮的支挡效应必然会逐步减弱，而内排土场发展相当于抵消了支挡效应的减弱，在分析中间桥与内排土场协同发展过程中其受力状态的基础上，为方便支挡效应的定量解析，用边坡角代替多台阶复杂组合体，进一步简化得到中间桥拆除、内排土场发展过程中的力学模型，如图1所示。
[0035]通过力学分析，中间桥拆除体(发展的内排土场)受非工作帮推力F、自身的重力W
z
(W
p
)及底界面的支撑力N
z
(N
P
)和抗剪力T
z
(T
p
)的作用，如图1所示。显然支挡效应的大小由底界面抗剪力T的大小决定，基于抗剪强度的表达式可知，对于拆除部分中间桥底界面抗剪力T
z
的大小由其空间形态与底板岩层性质决定，而对于发展的内排土场底界面抗剪力T
p
的大小由其空间形态与排弃物料力学指标决定。基于摩尔
–
库伦抗剪强度准则可知，中间桥拆除过程中损失的支挡效应及相应内排土场发展增加的支挡效应大小与其空间形态参数α1、α2、α3、ω、d、h、b、x1、L
p
有关。其中α1、α2及α3、ω分别为中间桥沿边坡倾向、走向下底角、基底倾角，
°
；d、h、b、x
z
、L
p
、L分别为中间桥的底宽、桥高、桥长、中间桥拆除长度、排土场发展长度与采坑总长度，m。
[0036]本实施例，以某露天煤矿南帮边坡为例，采场正常作业参数为平盘宽度40m、坡面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中间桥拆除过程中的协同排土发展位置确定方法，其特征在于，包括：步骤1：在中间桥底界面一侧角点处建立笛卡尔直角坐标系，得到倾斜基底空间曲面Σ方程及投影在XOY平面上的曲面边界方程y1、y2；步骤2：基于空间曲面面积微元思想，求出有关于中间桥拆除长度x
z
对应的底面面积S
z
；步骤3：计算中间桥动态拆除部分的体积V
z
；步骤4：根据摩尔
–
库伦强度准则及中间桥动态拆除过程中的空间特征，计算中间桥拆除部分对应的边坡支挡效应减小量T
z
；步骤5：基于摩尔
–
库伦强度准则并考虑内排土场动态发展过程中的空间特征，将排土压帮体简化为棱柱，在排土场中心位置切割剖面，计算排土压帮体对边坡支挡效应增量T
p
；步骤6：基于中间桥与内排土场协同发展理念，联立关于T
z
及T
p
的数学表达式，求解排土场发展长度L
p
。2.根据权利要求1所述的一种中间桥拆除过程中的协同排土发展位置确定方法，其特征在于，所述步骤1中倾斜基底空间曲面Σ方程及投影在XOY平面上的曲面边界方程y1、y2，具体表示为：具体表示为：式中，ω表示基底倾角；d表示中间桥的底宽；h表示中间桥的桥高；b表示中间桥的桥长；α2、α3分别表示中间桥两侧下底角。3.根据权利要求2所述的一种中间桥拆除过程中的协同排土发展位置确定方法，其特征在于，所述步骤2中关于中间桥拆除长度x
z
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，梁祖超，李广贺，李雁飞，杜勇志，周志伟，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：