充填体宽度,强度,支护阻力的计算要点
支护强度计算方法

支护强度计算方法**支护强度P1003***估算法:p=(6~8)×9.8rMcos∮(kn/㎡)r:顶板容重,t/M3M:采高,m∮:倾角,°中等稳定、中等坚固一般取6~8采高,不稳定顶板最高取9~11 折算法:p=n'P'(kn/㎡)n':支护密,根/㎡P':支架平均最大工作阻力,kn/根花草滩支护强度计算(1)估算法计算P=M×γ×n×cosα×9.8×103 /(K-1)=2.5×2.4×2.0×cos20°×9.8×103/(1.4-1)=0.276 MPa式中:P——支架单位面积上应有的工作阻力(即支护强度),Pa;K——顶板岩石碎胀系数,取1.4;n——考虑支架受力不均衡的安全系数,取2.0;M——主采煤层平均采高,3.0m;γ——顶板岩石平均容重,取2.4t/m3;α——煤层综采平均倾角(°)。
(2)经验公式计算P=N×M×γ×cosα×9.8×103=(6~8)×2.5×2.4×cos20°×9.8×103=0.33~0.44MPa式中:N—支架荷载相当于采高岩重的倍数,对中等稳定顶板取6~8;α—煤层倾角;其它参数同上。
结论:支架支护强度应不小于上述两式计算结果的最大值。
2、工作阻力P=N×M×F×γ×9.8×103=6.0×2. 5×5.2×1.5×2.4×9.8×103=2752kN式中:F——支架的支护面积,F=L×bL——支架控顶距,m;b——支架中心距,m;经计算,综采面采煤机配用过风断面较大,性能参数适应本矿条件的ZZ4200/15/32型支撑掩护式液压支架,其支撑高度1.5~3.2m、工作阻力4200kN、支架的支护强度为0.7~0.8 MPa。
沿空留巷巷旁支护阻力计算

巷旁充填体设计参数主要有充填宽度、充填体长度和高度.充填体宽度主要取决于围岩平衡所要求的支护阻力、充填体强度、稳定性及充填成本.若充填宽度小,则支护阻力低,稳定性差,不能满足支护顶板的要求,若充填宽度大,则支护阻力过高造成浪费,增加成本.确定合理支护阻力的原则是满足巷旁充填支护阻力并使宽度满足稳定性要求.其方法主要根据理论计算和工程类比.留巷支护抗力理论计算公式[1]为P =nrh/2a[2a+(n -1)ahtanα+(n -1)(2n -1)2h 2tan/6]+1/a[a+(n -1)htanα]rhln+Rt2h/6a式中: P—巷旁充填体支护阻力, kN/m; a—巷道维护宽度, m;n—总垮落层数;r—1~ n层的岩层平均容重, kN/m3;h—切顶岩层的分层厚度, m; α—切顶岩层垮落角的余角;ln—第n层垮落顶板岩块长度, m;Rt—第n层岩层的抗拉强度, kPa.根据91306工作面风巷具体地质条件,并考虑到安全性要求和简化计算,选取顶板平均分层厚度h =0.8 m ,n =8 ,α=45°,ln=5 m,r=25 kN/m,Rt=5×103kPa,a =4.2m .代入公式可得:P =1 358 kN/m .根据计算结果及经验类比(巷旁充填带宽度一般为充填高度的0.6~0.9倍),取巷旁充填宽度B为1.0 m .所选高水充填材料一天的强度为3.0 MPa,即充填体阻力不低于3 000 kN/m,可见,能满足巷旁支护的要求,且有足够的安全储备.[晋城矿区9号煤沿空留巷实验][混凝土泵送充填在留巷中的应用]一、液压支架支护强度验算1、经验计算支护强度:P=9.81×h×γ×k其中:P—工作面合理的支护强度,KN/m2 h—平均采高,1.25mγ—顶板岩石容重,2.5吨/米 3k—工作面支架应该支护的上覆岩层厚度与采高之比,一般为4—8,应根据具体情况合理选取。
沿空留巷巷旁支护阻力计算

巷旁充填体设计参数主要有充填宽度、充填体长度和高度.充填体宽度主要取决于围岩平衡所要求的支护阻力、充填体强度、稳定性及充填成本.若充填宽度小,则支护阻力低,稳定性差,不能满足支护顶板的要求,若充填宽度大,则支护阻力过高造成浪费,增加成本.确定合理支护阻力的原则是满足巷旁充填支护阻力并使宽度满足稳定性要求.其方法主要根据理论计算和工程类比.留巷支护抗力理论计算公式[1]为P =nrh/2a[2a+(n -1)ahtanα+(n -1)(2n -1)2h 2tan/6]+1/a[a+(n -1)htanα]rhln+Rt2h/6a式中: P—巷旁充填体支护阻力, kN/m; a—巷道维护宽度, m;n—总垮落层数;r—1~ n层的岩层平均容重, kN/m3;h—切顶岩层的分层厚度, m; α—切顶岩层垮落角的余角;ln—第n层垮落顶板岩块长度, m;Rt—第n层岩层的抗拉强度, kPa.根据91306工作面风巷具体地质条件,并考虑到安全性要求和简化计算,选取顶板平均分层厚度h =0.8 m ,n =8 ,α=45°,ln=5 m,r=25 kN/m,Rt=5×103kPa,a =4.2m .代入公式可得:P =1 358 kN/m .根据计算结果及经验类比(巷旁充填带宽度一般为充填高度的0.6~0.9倍),取巷旁充填宽度B为1.0 m .所选高水充填材料一天的强度为3.0 MPa,即充填体阻力不低于3 000 kN/m,可见,能满足巷旁支护的要求,且有足够的安全储备.[晋城矿区9号煤沿空留巷实验][混凝土泵送充填在留巷中的应用]一、液压支架支护强度验算1、经验计算支护强度:P=9.81×h×γ×k其中:P—工作面合理的支护强度,KN/m2 h—平均采高,1.25mγ—顶板岩石容重,2.5吨/米 3k—工作面支架应该支护的上覆岩层厚度与采高之比,一般为4—8,应根据具体情况合理选取。
进路式充填采矿法充填接顶技术要点及有效应用

2022年 6月下 世界有色金属53采矿工程M ining engineering进路式充填采矿法充填接顶技术要点及有效应用关鑫磊,孙京阁,蒋晓龙(山东黄金矿业(玲珑)有限公司,山东 烟台 265400)摘 要:进路式充填采矿法实施中最为重要的一个工艺环节就是充填接顶,与此同时,充填接顶还是现阶段充填工艺非常关键的一个技术难点。
在现代矿产生产行业发展的过程中,进路式充填采矿法得到了非常广泛的使用,并且,就算矿体及生产环境是不同类型的也可以很好的适用,以此实现回采率的全面提升,并且实现采空区暴露时间的有效缩短,最后提升整体工作的安全性跟高效性。
现阶段,大多数地矿产生产环境是比较复杂的,并且还对安全标准要求更为严格,进路式充填采矿法充填接顶技术的推广使用是非常重要的。
在实际生产的过程中,如果面对的是已经回采进路的采区,那么一般情况下接顶率是比较低的,甚至还会影响到充填体的稳定性,甚至产生安全隐患。
所以在实际工作中,应该格外重视进路式充填采矿法充填接顶技术要点及有效应用。
关键词:进路式充填采矿法;充填接顶技术;应用中图分类号:TD803 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2022)12-0053-3Key points and effective application of filling and roof connection technology in drift filling mining methodGUAN Xin-lei, SUN Jing-ge, JIANG Xiao-long(Shandong gold mining (Linglong) Co., Ltd,Yantai 265400,China)Abstract: The most important process in the implementation of drift filling mining method is filling and roof connection. At the same time, filling and roof connection is still a key technical difficulty of filling technology at this stage. In the process of the development of modern mineral production industry, drift filling mining method has been widely used, and even if the ore body and production environment are different types, it can also be well applicable, so as to comprehensively improve the recovery rate, effectively shorten the exposure time of goaf, and finally improve the safety and efficiency of the overall work. At this stage, the production environment of most mines is relatively complex, and the requirements for safety standards are more stringent. The popularization and application of the filling and roof connection technology of drift filling mining method is very important. In the actual production process, if the face is the mining area with the stoping route, the roof connection rate is generally relatively low, which will even affect the stability of the filling body, and even cause potential safety hazards. Therefore, in practical work, we should pay special attention to the key points and effective application of filling and roof connection technology of drift filling mining method.Keywords: drift filling mining method; Filling and capping technology; application收稿日期:2022-06作者简介:关鑫磊,男,生于1987年,满族,黑龙江萝北人,本科,采矿工程师,研究方向:采矿工程。
充填体强度计算及稳定性分析

湖北三鑫金铜股份有限公司(简称三鑫公司) 是中国黄金集团控股的大型黄金矿山企业,位于大 冶市城西3.5 km处。其前身鸡冠嘴金矿于1988年 建矿,生产规模为200∥d,经过二期、三期扩建,在 十几年的生产建设中发展壮大,现辖区有鸡冠嘴和 桃花嘴两大矿区,生产规模2200 L/d,采选矿石70 万∥a。年产金1100 kg,产铜10000 t,副产标硫 45000 t,铁精矿60000 t。
难度远远小于前两种方案,而钢筋混凝土的厚度和 质量通常可以高于前两种方案中的第二次支护的钢 筋混凝土,基本可维持到采场放矿的后期,再加上局 部的钢支护便可以保证采场放矿结束。 2.2采用支护新方式应注意的问题
(1)因电耙道施工中第一次支护采用喷射混凝 土和少量钢支护,施工速度有较大提高,故一定要合 理地缩小电耙道和各分层采切工程施工的时间差。
国内外部分矿山采场充填配比设计实例及充填 体强度见表l。
表l 国内外部分矿山高大采场充填体配比设计
矿山名称 采矿方法 (妥警筅讫)号需积
充填材料及配比充蕊嚣度
凡口铅锌矿
VCR法
35×(7一lO)×40
1400
鼷i墨髋 胶结l:8 l:10
…2.5
大冶铜绿山矿
VCR法
大厂铜坑锡矿畲譬嘉鬟(15%茹:∞)
分级尾砂胶结充填
1.0
平均鲫m高限制100“ 高35 m宽3100m2
块石胶结充填 尾砂胶结充填
2.3(块石) 1.1(水砂)
1800
臀憋尊充填
o….。78
l:16 l:20
斯等茄銎寞尹矿 VcR法
60×7×45
高6l m宽10r7一122m
尾砂胶结充填 l:8 l:32
Hale Waihona Puke l:30 O.35一O.40
充填体材料强度的选择与墙体宽度计算

充填体材料强度的选择与墙体宽度计算留巷墙体充填材料的基本组分为水泥、粉煤灰、砂石骨料、复合外加剂和水,其主体原料均为来源广泛的地方材料,并利用煤矿电厂发电产生的粉煤灰。
水泥: PO42.5普通硅酸盐水泥。
粉煤灰:电厂二级及以上粉煤灰。
石子:为当地产的石,因泵送设备的要求,最大粒径≤25mm ;含水率小于5-8%,石粉含量小于3%。
外加剂:多功能复合外加剂具有塑化、调凝、早强、保水、引气等功能。
材料配比(重量):水泥:石子:黄沙:粉煤灰=650-700:500-700:500-700:350-450外加剂添加量为总量的1.5%-5%。
设计充填材料强度指标(单轴抗压值)沿空留巷支护体的工作阻力静载荷计算:P=γ⋅211B B k m ⋅-γ:岩石平均容重取2.5t/m 3m :煤层平均采厚4.0mk :冒落岩石的碎胀系数1.25-1.5,取1.25 B1:巷道煤帮到切顶线的悬顶宽度为B2与留巷充填体(暂取2.6m)宽度的1.2倍B2:留巷宽度4.4m经计算P值约为76t/m2,约0.76MPa。
考虑到老顶来压时下位岩层及充填体的动载系数为静载系数的2~6倍,即1.52-4.56MPa。
而根据充填体材料的强度试验,其最大承载极限可达到22兆帕以上,可完全满足承载要求。
计算机模拟:根据实际地质条件,由于该工作面煤层倾角较小,为了计算方便,模型采用水平倾角计算,计算模型取埋深400m。
取老顶、直接顶、煤层和底板等四层岩层作为计算的模型。
采空区模拟取松散岩体作为充填支承上覆岩层。
巷道为锚(索)网支护,采用施加反向力代替支护,分别取充填体宽度为2.0m、3.0m模型计算,应力分布计算结果如下:材料参数取值:应力场参数:只考虑原岩应力场的作用,垂直应力10Mpa 侧压力系数为0.9。
根据混凝土膏体材料抗压强度指标,充填长度应同工作面日推进度。
为提高充填墙体的结构稳定性、完整性及结构刚度,充填墙体内应合理布筋。
充填相关计算公式

充填相关计算公式充填是指用大量材料填充一个空间以增加其密度和稳定性的过程。
充填通常用于填充土壤、岩石和混凝土等材料。
在工程和建筑领域,充填是一种常见的施工方法,用于加固土壤、修复地基、填充模板和填充护坡。
充填计算是在进行充填工程之前,确定充填材料的数量和适当性的过程。
下面将介绍几种常见的充填计算公式和方法。
1.充填体积计算公式充填体积计算是充填计算中最基本的部分。
充填体积通常通过测量充填区域的长、宽和高来计算。
充填体积计算公式如下:充填体积=面积×高度其中,面积是充填区域的横截面面积,高度是充填的厚度或高度。
2.充填材料重量计算公式充填材料的重量计算是为了确定所需材料的数量和成本。
充填材料重量计算公式可以根据材料的密度、充填体积和含水率来计算。
公式如下:充填材料重量=充填体积×充填材料的密度×(1+含水率)其中,充填体积是通过前面的公式计算得出的充填区域的体积,充填材料的密度是指材料的干燥密度,含水率是指充填材料中的水分含量。
3.充填材料压实度计算公式充填材料压实度是指充填材料的密实程度和稳定性。
充填材料压实度计算公式可以通过测量充填材料的干燥密度和固体体积来计算。
公式如下:充填材料压实度=充填材料的干燥密度/充填材料的理论密度其中,充填材料的干燥密度是通过材料干燥后的重量和体积计算得出的,理论密度是指充填材料在理想状态下的密度。
4.充填加固计算公式充填加固是指通过施工方法和技术来增加充填材料的密度和稳定性。
充填加固计算公式可以通过测量充填材料的体积和固结比来计算。
公式如下:充填加固=充填材料体积/充填前的体积其中,充填材料体积是通过测量充填区域的体积来计算得出的,充填前的体积是指未进行充填前的土壤或岩石体积。
5.充填护坡计算公式充填护坡是指在充填施工过程中,保护和加固充填区域边缘的一种构造。
充填护坡计算公式可以通过测量护坡的长度、高度和倾斜度来计算。
公式如下:充填护坡体积=护坡长度×护坡高度×护坡倾斜度其中,护坡长度是指护坡的横截面长度,护坡高度是指护坡的垂直高度,护坡倾斜度是指护坡的倾斜角度。
充填体强度计算及稳定性分析

充填体强度计算及稳定性分析1概述锡矿山南矿采空区的充填始于上世纪50年代初,当时主要是用矸石充填西部和河床下面的采空区。
然而,上世纪60~70年代初,锡矿山曾发生了三次大规模的地压活动,给矿山生产和安全带来了严重的灾害。
从这以后,锡矿山南矿的充填采矿技术研究就从未间断,先后使用了干式充填、粗颗粒水砂充填、混凝土胶结充填、全尾砂充填和尾砂胶结充填等充填方法,对于回收资源、降低地表下沉起到了重要的作用。
随着开采深度的增加,地压显现越来越明显。
通过对充填体强度和稳定性的分析,来确定更合理的参数,保证充填质量。
2充填工艺3充填体强度计算和充填体稳固性分析胶结充填体的强度设计因矿山而异,主要取决于具体的开采技术条件和充填条件。
为了使胶结充填体在技术上达到可靠,经济上得到优化,就需要合理的确定充填体的强度。
确定胶结充填体强度和稳定性是一个问题的两个方面。
锡矿山南矿属建筑物和水体下采矿,不允许地表塌陷及岩层开裂,在矿山回采过程中要保证整个矿区岩层的稳定性和二步骤矿房回采的安全。
一步骤矿壁回采胶结充填体强度大小及稳定性对二步骤矿房回采及底柱的回收至关重要,设计合理的充填体强度需要从技术、经济等方面考虑。
矿房胶结充填体的稳定性分析可为矿柱回采方案和结构参数的确定提供依据。
3.1类比法国内外部分矿山采场充填配比设计实例及充填体强度见表1。
表1 国内外部分矿山高大采场充填体配比设计类比分析锡矿山南矿一步骤采场胶结充填设计强度要达2MPa 以上,即充填灰砂比为1:8~1:12之间,才能够满足南矿采矿方法的要求。
3.2 充填体强度计算根据充填体现场调查和强度试验结果,主要分析测试配比为1:6的充填体稳定性,根据现场试验结果,取灰砂比为1:6的充填体强度参数c=0.15MPa ,φ=40°,μ=0.25,充填体容重为γ=2.5 t/m3,充填体与围岩间的内聚力与摩擦角计算时与充填体的值相同,充填体沿走向长度即矿房宽度b=8m , 采用Terzaghi 模型法和Thomas 计算法分析不同结构参数条件下充填体的受力状况。
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沿空留巷充填体参数及支护阻力的计算1巷道的基本情况本设计为姜家湾煤矿2213巷道巷旁充填体参数及支护阻力的计算,2213巷道老顶为细砂岩与粉砂岩互层,平均厚度18.48m ,直接顶为细砂岩,平均厚度11.47m 。
伪顶为粉砂岩,厚度 0.2m-2.2m 。
底板直接底为细砂岩,厚度2m-4.2 m 。
本矿井煤层厚度0.7~1.5m ,平均厚度1.23m ,,容 重1.28t/m 3,煤质中硬,瓦斯绝对涌出量0.18m 3/min ,煤尘爆炸指数29.26%,具有爆炸性,自燃发火期6个月,属自燃发火煤层。
本巷道宽度和高度分别为4500mm 和2600mm 。
2充填体宽度的计算充填体宽度B 可按下列经验公式计算: ()452.0342.0685.03367.0h H b a B ⋅⋅+=式中 a —巷道半宽,2.25m ;b —充填体破裂区宽度,一般取20-30cm ,本次取0.25m ; H —平均开采深度,取228m; h —充填体高度,取1.8m 。
将以上因素代入经计算得B =0.367452.0342.00.68532430.25)(6.75⨯⨯+ =0.367⨯3.7964.15.6⨯⨯ =14.82m第二种算法预先确定了沿空留巷的巷旁支护强度后,就可根据所需的巷旁支护强度和巷 旁支护材料的力学性能,由式(3-21)设计巷旁支护宽度,并结合具体的地质、生产条件等确定巷旁支护体的具体形式 b=KF/p式中,b 为巷旁支护平均宽度,m ; F 为沿空留巷所需的巷旁支护强度,MN/m ; p 为巷旁支护体成型后1d 的抗压强度,MPa ; K 为安全系数,一般K=1.1~1.2。
代入公式得b=1.26.4357.11=÷⨯m根据计算结果及经验类比(巷旁充填带宽度一般为充填高度的0.6~0.9倍)[晋城矿区9号煤沿空留巷实验]3充填体强度的计算巷道充填体的平均强度随巷道高度的增加和巷道间距的减小而下降。
英国科学家Sallamon 搜集了97个稳定充填体和27个失稳充填体的实际资料,经分析研究,得到了如下计算式:⎪⎪⎭⎫⎝⎛=88.046.0h B R R c式中 R —宽度为B 、高度为h 的充填体强度,MPa ; Rc —岩石的单轴抗压强度,MPa ; B —充填体宽度,m ; h —充填体高度,m ;=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=88.046.0hBRRc4支护阻力的计算第一种计算方法[黄福昌博士论文]采用沿空留巷方案,在工作面推进L max,使煤体上方部分应力得以释放后,再让巷旁充填材料承受压力,则要求充填材料阻抗力可以减少到足以抗衡垮落直接顶的作用即可。
(1)根据充填墙上方最大需控岩层范围确定沿空留巷实践表明[90,118],在沿空留巷顶板活动的三个阶段中,以过渡期活动对沿空留巷巷旁支护体的破坏性最大。
因此,在计算巷旁支护阻力时应以基本顶岩梁断裂回转下沉活动为依据。
根据上面的力学模型来计算巷旁支护阻力。
图4.2所示为考虑巷帮煤体作用的顶板载荷条带分割法模型(4边支承,图中L I、L II分别为工作面长度和周期来压步距)。
在图4.2(a)中取一单位宽度的板条,研究采空区顶板在过渡期活动阶段的沿空留巷巷旁支护阻力,所取的板条见图4.2(b),力学模型求解见图4.2(c)。
设顶板均布载荷为q,按条带分割后,载荷只在阴影部分两段上。
由于沿空留巷巷道顶板发生的主动垮落的机会多,而被动垮落一般出现在工作面顶板,因此,本文仅分析主动垮落情况下巷旁支护切顶阻力。
在初始阶段,岩层下沉变形很小,层面内应力引起的弯矩可忽略不计,求解支护切顶阻力F时只考虑岩层自重载荷和采动引起的应力增高系数k的作用。
ABCDx 0aL 1L 1x QQF 1F 1F N1F A1M A1M P1M P1M P1M F1F F1L I I(a)(b)(c)图2-5 沿空巷旁支护阻力计算模型(第一层)L I图4.2 沿空留巷巷旁支护阻力计算模型(第一层) Fig. 4.2 Support resistance calculation model of gob-side entry retaining (thefirst strata )用平衡法对图4.2(c )中各段求解,从沿空留巷上方第1层顶板开始分析。
对于第1层情况,解得巷旁支护阻力F 1为:[]010*******)(2/)()(Qx M x a F x a q M k x a F A N p --++++=+ (4.1)式中 k —应力增高系数;1N F —C 点岩层破断产生的向下剪力,KN ,1N F =11L q ; 1L —岩层破断尺寸,m ; 1γ—岩层容重,kN/m 3; 1h —岩层厚度,m ;1A M —岩层抗弯弯矩,KNm ;1P M —岩层极限弯矩,KNm ,在极限条件下,1A M =1P M ; a —巷道宽度,m ; 0x —煤体松动区宽度,m ;Q x —松动区中心至A 点距离,其值为0x /2;Q —巷旁煤体对顶板的支承力,式中符号中的“1”表示第1层。
一般情况下,第一层顶板解算出的巷旁支护阻力即为巷旁支护体初期切断直接顶所需的支护阻力。
且计算公式可以简化为:2101010()[()2()]N Q F a x k q a x F a x Qx +=+++- (4.2)第2层以上顶板支护切顶阻力计算不同于第1层,第1层的切顶阻力主要是人工支护提供的,而第2层以上的岩层所需的切顶阻力是人工支护和已垮岩层残留边界共同作用的结果。
第2层垮落沿空留巷巷旁支护阻力计算模型如图4.3所示,解得巷旁支护切顶阻力为:21212220002111()[(tan )/2(tan )]i i i i j j Ni j j P Ai Q i j i j i F a x k h a x h F a x h M M Qx γαα=======+=++++++--∑∑∑∑∑式中 i —第i 层顶板岩层; j —第j 层顶板岩层;α—岩层破断角,取0h =0,0α=0。
Qx 0aL 2F 2F F2M F2M P2M P2M P2M A1+M A2F N2F A2图4.3 沿空留巷巷旁支护阻力计算模型(第二层)Fig. 4.3 Support resistance calculation model of gob-side entry retaining (thesecond strata )同理,对于第m 层情况,可以求得巷旁支护切顶阻力为:112000111()[(tan )/2(tan )]mi mi mm i i j j Ni j j Pm Ai Q i j i j i F a x k h a x h F a x h M M Qx γαα=======+=++++++--∑∑∑∑∑(4.3)式中m 为冒落带岩层的极限层数,m 的计算方法为冒落带岩层总厚度除以岩石分层垮落平均厚度。
式(4.3)为顶板主动垮落时,沿空留巷巷旁支护切顶阻力计算式。
式(4.3)中等号右边中括号内第1项是残留边界自重引起的弯矩,第2项是切顶线处受垮断岩层的剪力作用所产生的总弯矩,第3项是第m 层岩层的极限弯矩,第 4 项是1~m 层岩层在点A 的总抗弯弯矩,第5项是巷帮煤体对顶板岩层的支承力所产生的总弯矩。
由此可知,前3项所产生的围岩载荷要由支护阻力来平衡,而后 2 项是帮助巷旁支护承担部分载荷,形成“支护—煤体—顶板”的共同承载体系。
在一定的地层条件下,当巷道维护宽度及煤体松动范围一定时,式(4.3)等号右边第1项为恒定,而第2项的大小主要受到垮落岩层对边界的影响,如果岩层切断后立即垮落,并失去与残留边界的力学联系,则这些与残留边界失去力学联系的岩层对边界不产生弯矩,则式(4.3)等号右边第2项的值将减小,减小后第2项值按下面方法计算。
设n 为垮落后与残留边界失去力学联系的岩层数,则式(4.3)中等号右边第2项大小为:∑∑===⎪⎪⎭⎫⎝⎛++mi i j j j Ni a h x a F 1100tan 巷帮煤体对顶板岩层的支承力所产生的总弯矩,其计算较为复杂,从简化计算和安全角度考虑,可假设松动区内煤体已均布载荷的形式作用于顶板岩层,均布载荷的大小可选用煤体的残余抗压强度*c σ,则:20/2Q c Qx x σ*= (4.4)综合以上分析,沿空留巷的巷旁支护阻力F m 为11220000111()[(tan )/2(tan )/2]m i m i mm i i j j Ni j j Pm Ai c i j i j i F a x k h a x h F a x h M M x γαασ==*=====+=++++++--∑∑∑∑∑(4.5)式中,Pm M 在不同支承条件下具有不同的数值,一端支承时,Pm M =2/2m m L q ,两端支承时,Pm M =4/2m m L q 。
充填墙体取悬臂式顶板垮落形成的一端支承,要求的支护阻力最大。
式(4.3)的计算较为繁杂,完全可以进行简化,如果不考虑煤帮的支撑作用及垮落岩层破断角α的影响,求得的巷旁支护阻力要高于用式(4.3)计算得到的值,因此,可以得到简化的计算沿空留巷巷旁支护阻力的围岩结构模型如图4.4所示。
根据图4.4的模型,可以得到巷旁支护需要的支护阻力为:直接顶基本顶dC xL max图4.4 沿空留巷围岩结构模型Fig. 4.4 Surrounding rock structure of gob-side entry retaining)](2[0maxd c x r h L r h k P z z EE +++= (4 .6) 式中 k —应力集中系数,取值2;Z h —直接顶厚度,m ,按平均采高1.3m ,岩石碎胀系数0.25计算,Z h =5.2m ;z γ—直接顶岩层密度,KN/m 3,取25 KN/m 3;E h —基本顶厚度,m ,取18.5m ;E γ—基本顶岩层密度,KN/m 3,取25 KN/m 3;max L —周期来压步距,m ,取20.8m ;d —巷旁充填体宽度,m ,分别取1m ,1.5m ,1.8m ,2m ;c —巷道宽度,m ,取4.5m ;0x —煤体内极限平衡区宽度,m 。
ϕξϕγξCctg Cctg H K f M x +=ln 20 (4.7) 其中 ϕϕξs i n 1s i n 1-+=式中 M —开采厚度,m ,取1.2m ; C —煤的粘结力,MPa ,取3MPa ; f —煤层内摩擦系数,f=tg ϕ,取tg35°; ϕ—摩擦角,取30°; K —应力集中系数,通常K =2~6取4; H —煤的埋深,m ,取230m ;r —煤层的密度,KN/m 3,12.8KN/m 3。