【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿柱强度荷载稳定性预测，尤其涉及一种基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法。
技术介绍
1、缓倾斜矿体是一种常见的在0°～30°之间的倾角矿体，随着矿产资源的大面积发掘，对近地表层的矿物采掘已经具有很多经验和方法，但随着深部资源的开发利用，大量的深部具有缓倾斜特性的矿体也面临着被开采利用的需求。大量的缓倾斜矿体在开挖时都被看作水平矿体进行不断掘进，在考虑矿体稳定时候没有针对缓倾斜矿柱压载强度对地下工程的影响，所以很多时候缺乏对此类缓倾斜矿体稳定评判因素。近年来随着深部矿体开采的不断掘进，大量的缓倾斜矿柱压载强度也成为很多工程开发过程中对矿体稳定的评判因素。对这类缓倾斜矿柱的稳定性研究，不仅影响着工程应用的进程，还对工作人员的生命安全以及财产安全存在着潜在影响。因此，缓倾斜矿柱的强度预测对矿山开采和采矿人员的安全保障是极为重要。
2、为了能够优化这种缓倾斜矿体在开采过程中的矿柱稳定，大量的技术人员进行了研究：公告号为cn103967493b的中国专利技术专利公开了“一种缓倾斜薄矿体矿柱开采方法”，该专利方法涉及到对缓倾斜矿柱的强度判断进行矿体分割开采的办法，盘区内沿矿体走向采用伪倾斜分条布置，降低了采场倾角，提高了凿岩和出矿效率；在回采的同时适时留有点柱，采场回采完毕后及时对其空区进行充填处理，做到安全高效回采。但该专利技术过程中对于矿柱的强度应用并未进一步进行完善和探讨。由此，可以看出对于该种采矿方法中，在缓倾斜矿体开采过程中对于矿柱稳定和预测具有一定的局限性，为最大体现矿柱的强度效应，参考量纲比例因素
3、矿柱稳定性影响因素除了与矿柱的宽度、深度等因素有关外，还要考虑到矿体倾角的影响。而对倾角矿柱的强度预测是构建量纲的主要来源。一般理论来讲实验室所测得水平矿柱的强度都会远高于实际情况下的矿柱强度，而倾斜矿柱的倾角效应复杂，具有一定的不稳定性，引入量纲的目的就是用一定的变量代替这些因素变量对矿柱强度的影响，从而通过理论公式推测工程应用缓倾斜矿体强度。
4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
5、矿柱稳定性影响因素除了与矿柱的宽度、深度等因素有关外，还要考虑到矿体倾角的影响。而对倾角矿柱的强度预测是构建量纲的主要来源。一般理论来讲实验室所测得水平矿柱的强度都会远高于实际情况下的矿柱强度，而倾斜矿柱的倾角效应复杂，具有一定的不稳定性。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法。
2、本专利技术是这样实现的，一种基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法包括：
3、步骤s1：通过收集、汇总大量的前人通过实验研究得出在无约束状态下单轴压缩过程的垂直矿柱强度经验公式；
4、步骤s2：利用量纲分析的方法对这些强度公式由实验室实验出垂直岩柱强度；
5、步骤s3：通过实验室构建出一种无约束倾斜抗压测试条件，对倾斜矿柱在实验室中的单轴压缩强度进行预测；
6、步骤s4：将步骤s2中分类的垂直矿柱强度经验公式和步骤s3中倾斜矿柱强度经验公式通过mohr-coulomb准则来建立垂直矿柱与倾斜矿柱之间的一种比例关系；
7、步骤s5：类比步骤s1到s2过程，通过步骤s4，利用量纲分析的方法在相同的加载路径下，通过转换受载体的宽高比w/h，实现对倾斜岩柱强度到实际工程中缓倾斜矿柱强度的预测。
8、进一步，所述垂直矿柱强度经验公式要符合常规的矿柱强度计算。
9、进一步，所述步骤s2，根据受载路径相同的压剪联合加载实验的模型预测，其需要引入的量纲表达的变量为表1；
10、表1中σ是支柱强度；e为立柱变形模量；erf是顶板或底板地层的变形模量；c是岩柱的凝聚力；h为柱高；w是支柱宽度；l为柱长；ν是支柱的泊松比；νrf是顶板或底板地层的泊松比；φ是支柱的内摩擦角；θ为矿柱/煤柱倾角；μ是支柱和顶板/底板之间的界面摩擦系数。
11、进一步，所述表1中12个变量用两个量纲来表示：其中π个项使用e和h来展现，将倾斜矿柱行为表现为以下函数公式：
12、
13、进一步，所述倾斜煤柱和实验室试件强度的最终可以根据这些比例因子的乘积表现出来，具体如下：
14、
15、步骤s3所述，压剪联合加载试验中，若实验室中垫块的材料性质与顶板岩岩层相同，则此时根据量纲变量可以得到表达式：
16、
17、进一步，所述步骤s4所述，在基于根据mohr-coulomb准则，建立出垂直岩柱强度公式和倾斜岩柱强度荷载公式比例关系，其表达式为：
18、
19、在量纲分析的特点下，当具有相同宽高比和相同比例因子的构造下可以相似得出量纲分析下的倾斜矿柱强度的表达式和垂直矿柱的表达式：
20、
21、其中k为强度尺度系数；
22、建立一种倾斜矿柱和垂直矿柱之间的关系，在相同尺寸的倾斜矿柱和垂直矿柱尺寸效应遵循的映射关系是一致的，且在不同倾角水平表现相同，仅大小不同，通过步骤s4的荷载比例关系，则在量纲分析下倾斜矿柱的强度比和垂直矿柱的强度比值公式为：
23、
24、在矿柱的宽高比不变的情况下，对所应用的量纲分析的矿柱强度公式模拟出不同倾角变化下的缓倾斜矿柱强度预测公式。
25、一种基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测系统包括：
26、收集模块，用于通过收集、汇总大量的前人通过实验研究得出在无约束状态下单轴压缩过程的垂直矿柱强度经验公式；
27、预处理模块，用于对这些矿柱强度经验公式进行预处理，利用量纲分析的方法对这些经验强度公式由实验室预测垂直岩柱强度到工程中垂直矿柱强度的预测模拟；
28、预测模块，用于通过实验室构建出一种无约束倾斜抗压测试条件，对倾斜矿柱在实验室中的单轴压缩强度进行预测；
29、建立模块，用于将分类的垂直矿柱强度经验公式和倾斜矿柱强度经验公式通过mohr-coulomb准则来建立垂直矿柱与倾斜矿柱之间的一种比例关系；
30、分析模块，用于利用量纲分析的方法在相同的加载路径下，通过转换受载体的宽高比w/h，实现对倾斜岩柱强度到实际工程中缓倾斜矿柱强度的预测。
31、本专利技术还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法的步骤。
32、本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法的步骤。
33、本专利技术还提供了一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现所述基于量纲分析法的缓倾斜本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法，其特征在于，所述垂直矿柱强度经验公式要符合常规的矿柱强度计算。
3.如权利要求1所述基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法，其特征在于，所述步骤S2，根据受载路径相同的压剪联合加载实验的模型预测，其需要引入的量纲表达的变量为：σ是支柱强度；E为立柱变形模量；Erf是顶板或底板地层的变形模量；c是岩柱的凝聚力；h为柱高；w是支柱宽度；L为柱长；ν是支柱的泊松比；νrf是顶板或底板地层的泊松比；φ是支柱的内摩擦角；θ为矿柱/煤柱倾角；μ是支柱和顶板/底板之间的界面摩擦系数。
4.如权利要求3所述基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法，其特征在于，所述表1中12个变量用两个量纲来表示：其中Π个项使用E和h来展现，将倾斜矿柱行为表现为以下函数公式：
5.如权利要求4所述基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法，其特征在于，所述倾斜煤柱和实验室试件强度的最终可以根据这些比例因子的乘积表现出来，具体如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法，其特征在于，所述垂直矿柱强度经验公式要符合常规的矿柱强度计算。
3.如权利要求1所述基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法，其特征在于，所述步骤s2，根据受载路径相同的压剪联合加载实验的模型预测，其需要引入的量纲表达的变量为：σ是支柱强度；e为立柱变形模量；erf是顶板或底板地层的变形模量；c是岩柱的凝聚力；h为柱高；w是支柱宽度；l为柱长；ν是支柱的泊松比；νrf是顶板或底板地层的泊松比；φ是支柱的内摩擦角；θ为矿柱/煤柱倾角；μ是支柱和顶板/底板之间的界面摩擦系数。
4.如权利要求3所述基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度预测方法，其特征在于，所述表1中12个变量用两个量纲来表示：其中π个项使用e和h来展现，将倾斜矿柱行为表现为以下函数公式：
5.如权利要求4所述基于量纲分析法的缓倾斜矿柱强度...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗斌玉，李大忠，刘晓云，叶义成，胡南燕，姚囝，苏辕，刘兰心，易文武，肖枫亦，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：
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