[发明专利]一种大空场嗣后非胶结尾砂充填密闭挡墙模型构建方法

权利要求书

1.一种大空场嗣后非胶结尾砂充填密闭挡墙模型构建方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)密闭挡墙力学功用与失稳因素分析：

通过分析大空场嗣后非胶结尾砂充填密闭挡墙的结构特征与力学环境，确定密闭挡墙的力学功用，结合密闭挡墙稳定性要求，分析影响密闭挡墙稳定的因素；

(2)构建密闭挡墙力学模型：

根据密闭挡墙的结构特征、力学功用、失稳因素以及与围岩之间的边界条件，构建大空场嗣后非胶结尾砂充填密闭挡墙的力学模型；

(3)密闭挡墙应力分布状态分析：

以大空场嗣后非胶结尾砂充填密闭挡墙的力学模型为分析对象，结合边界条件，采用双三角级数求解密闭挡墙应力分布；

(4)密闭挡墙强度与厚度设计模型：

根据大空场内大体积非胶结尾砂充填体主动压力作用下密闭挡墙的应力分布状态，确定密闭挡墙的拉应力与厚度之间的关系，满足密闭挡墙具有的强度消除其体内最大拉应力，建立大空场嗣后非胶结尾砂充填密闭挡墙强度与厚度模型，以构筑成本最低，确定最佳的密闭挡墙强度和厚度。

2.根据权利要求1所述一种大空场嗣后非胶结尾砂充填密闭挡墙模型构建方法，其特征在于：步骤(1)密闭挡墙力学功用及失稳因素包括：

①密闭挡墙结构特征：与巷道断面一致，具有一定厚度的隔离构筑工程；

②密闭挡墙力学功用：大空场嗣后充填采场密闭挡墙作为空区与井下主巷道的隔离工程，在大空场充填过程承载非胶结充填体主动压力，并保持稳定；

③密闭挡墙失稳因素：大空场内大体积非胶结尾砂充填体对密闭挡墙施加的主动压力、密闭挡墙结构尺寸：长度、宽度、厚度，以及大空场充填高度。

3.根据权利要求1所述一种大空场嗣后非胶结尾砂充填密闭挡墙模型构建方法，其特征在于：步骤(2)中密闭挡墙力学模型为：

①步骤(1)中密闭挡墙力学模型为：将密闭挡墙视为一矩形板，大空场内大体积非胶结尾砂充填体作用于密闭挡墙的主动压力为均布横向荷载，密闭挡墙与巷道围岩四周紧密接触不发生相对滑移，则将两者边界条件视为简支边界条件，密闭挡墙力学模型为受横向均布荷载作用下的四边简支矩形薄板；

②步骤(2)中密闭挡墙四周为简支边界条件，采用下式表示：

在x＝0和x＝a处，w＝0，

在y＝0和y＝b处，w＝0，

式中：w—为密闭挡墙的挠度。

4.根据权利要求1所述一种大空场嗣后非胶结尾砂充填密闭挡墙模型构建方法，其特征在于：步骤(3)密闭挡墙应力分布状态，包括以下计算内容：

①大空场内大体积非胶结尾砂充填体主动压力作用下密闭挡墙弯矩采用下式计算：

式中：M_x—密闭挡墙x方向弯矩，MN·m；

M_y—密闭挡墙y方向弯矩，MN·m；

q₀—大空场内大体积非胶结尾砂充填体作用于密闭挡墙的主动压力，MPa；

μ—密闭挡墙泊松比，为一常数；

a—密闭挡墙宽度，m；

b—密闭挡墙高度，m。

5.根据权利要求1所述一种大空场嗣后非胶结尾砂充填密闭挡墙模型构建方法，其特征在于：步骤(3)密闭挡墙应力分布状态，包括以下计算内容：

②大空场内大体积非胶结尾砂充填体主动压力作用下密闭挡墙应力分布采用下式计算：

式中：σ_x—密闭挡墙x方向拉应力，MPa；

σ_y—密闭挡墙y方向弯矩，MPa；

z—密闭挡墙厚度坐标，m；

h—密闭挡墙厚度，m。

6.根据权利要求1所述一种大空场嗣后非胶结尾砂充填密闭挡墙模型构建方法，其特征在于：步骤(3)密闭挡墙应力分布状态，包括以下计算内容：

③密闭挡墙最大拉应力分布(最大拉应力与厚度之间的关系)按下式计算：

式中：σ_xmax—密闭挡墙x方向最大拉应力，MPa；

σ_ymax—密闭挡墙x方向最大拉应力，MPa。