[发明专利]沿空留巷巷旁柔强双层复合支护高强材料适宜性评价方法

权利要求书

1.一种沿空留巷巷旁柔强双层复合支护高强材料适宜性评价方法，其特征在于，所述的柔强双层复合支护由上下两层充填体组合而成，上层充填体采用柔性材料，下层充填体采用高强材料，下层高强材料适宜性评价方法是：以巷道允许变形量为依据，结合充填体压缩量与矸石压缩量协调变形来确定采空区矸石压缩系数，以高强充填材料与采空区矸石压缩性能确定充填体承载力，进而获得高强充填材料所需抗压强度，用预选的高强材料实际抗压强度与获得的高强充填材料所需抗压强度进行比较，从而对预选的高强材料适宜性进行评价；具体步骤如下：

第一步：测定沿空留巷相关技术参数；

技术参数包括：采高h，单位m；

直接顶容重γ_Z，单位kN/m³；

直接顶厚度m_Z，单位m；

基本顶容重γ_E，单位kN/m³；

基本顶厚度m_E，单位m；

基本顶断裂步距L₂，单位m；

与基本顶岩层同时运动岩层的容重γ_S，单位kN/m³；

与基本顶岩层同时运动岩层的厚度m_S，单位m；

充填体侧巷道围岩允许最大变形[Δh_c]，单位m；

基本顶断裂线距煤壁的距离L₀，单位m；

第二步：对巷旁柔性充填材料进行室内压缩试验，获得柔性材料最大压缩系数K_r；

第三步：预选充填所需的高强材料，并测定高强材料的实际抗压强度σ_C；

第四步：确定巷旁高强充填材料所需抗压强度[σ_C]；

第4.1步：确定顶板岩层作用力；

顶板压力由三部分组成，分别为：直接顶作用力F_Z、基本顶作用力F_E和基本顶上方岩层均布载荷q_S产生的作用力F_S；其中：

直接顶作用力F_Z

FZ=γZmZ(L1+12d)]]>

式中：d为充填体宽度，单位m；

基本顶作用力F_E

F_E=γ_Em_EL₂

基本顶上方岩层产生的均布载荷q_S及其对基本顶岩梁的作用力F_S

q_S=γ_Sm_S

F_S=q_SL₂

第4.2步：确定高强材料压缩系数K_C；

高强充填材料的压缩系数受巷道允许变形量的制约，同时与柔性材料压缩量有关，根据高强充填材料的压缩量等于充填体侧巷道围岩允许最大变形量减去柔性材料压缩量，得出：

KC=[Δhc]-Krh1h2]]>

式中：h₁为柔性材料厚度，m；

h₂为高强材料充填厚度，m；

第4.3步：确定矸石压缩系数K_g；

由充填体处顶板下沉量与基本顶触矸处的顶板下沉量的变形协调关系

[Δhc]L1=Δhg+SAL2]]>

其中Dh_g为矸石压缩量，S_A为基本顶触矸时的下沉量

Δh_g=K_gK_Am_Z

S_A=h-(K_A-1)m_Z

则矸石压缩系数K_g为

Kg=Krh1+KCh2KAmZL1L2-h-(KA-1)mZKAmZ]]>

式中K_A为采空区垮落矸石的碎胀系数，取1.15～1.35；

第4.4步：确定矸石承载性能F_g；

对采空区矸石进行室内压缩试验，获得矸石承载力F_g与矸石压缩系数K_g的关系；

第4.5步：确定高强充填材料所需强度[σ_C]；

根据力学平衡原理得出：

ΣF=F_C+F_m+F_g-F_Z-F_E-F_S=0

ΣM=Fm·12L0+FC·L1+Fg·L2-FZ·12(L1+12d)-FE·12L2-12qsL22=0]]>

由此得充填体受力F_C为

FC=FZ(L1+d2-L0)+FE(L2-L0)+qsL2(L2-L0)-Fg(2L2-L0)2L1-L0]]>

因此，高强充填材料所需强度为

[σc]=FCd]]>

第五步：比较高强充填材料所需强度与实际强度，评判高强充填材料的适宜性；

定义安全系数δ为所选高强材料实际强度与巷旁充填体所需强度的比值，即

δ=σC[σC]]]>

规定：

当δ＜1.05时，说明预选的高强材料的实际强度偏低，用作充填材料无法保证巷道安全，不适宜用作高强充填材料；

当1.05≤δ≤1.25时，说明预选的高强材料的实际强度基本符合要求，即保证了巷道安全，又不至于造成浪费，可以用来作高强充填材料；

当δ＞1.25时，说明预选的高强材料的实际强度远远大于实际强度，虽然保证了巷道安全，但造成了较大的浪费，不适宜用作高强充填材料。