1.一种露天端帮压煤充填开采设计方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)采集端帮压煤顶板与边坡岩样,测试顶板与边坡岩样的物理力学参数;
(2)建立煤柱-充填体协同控制顶板力学模型,初步设定煤柱宽度、掘巷宽度与充实率,判定压煤顶板稳定性;
(3)采场顶板稳定后,建立边坡数值模拟模型,代入满足压煤顶板稳定性条件的煤柱宽度、掘巷宽度与充实率的设计值,判定露天端帮稳定性;
(4)根据实际充填体储存量,基于满足稳定性条件的煤柱宽度、掘巷宽度与充实率的设计值,确定煤柱宽度、掘巷宽度与充实率最终设计值。
2.根据权利要求1所述的一种露天端帮压煤充填开采设计方法,其特征在于,所述顶板与边坡岩样的物理力学参数包括:煤柱宽度Lc、掘巷宽度Lb、充实率 煤体基床系数kc、采高h、上覆岩层载荷q、顶板弹性模量E。
3.根据权利要求1所述的一种露天端帮压煤充填开采设计方法,其特征在于,所述步骤(2)中具体步骤如下:a.以顶板的旋转点O为坐标原点,垂直于工作面推进方向为x轴,顶板垂直下沉方向为w轴,建立煤柱-充填体协同控制顶板力学模型;
b.计算顶板充填开采期间最大拉应力σmax;
c.采用第一强度理论判定压煤顶板是否发生破断;
d.若压煤顶板不发生破断,进行步骤(3);反之,根据充填体储存量,适当调整煤柱宽度、掘巷宽度与充实率,重新进行步骤(2)。
4.根据权利要求3所述的一种露天端帮压煤充填开采设计方法,其特征在于,所述最大拉应力σmax的计算方法为:其中,kc为煤体基床系数, 为充实率,q为上覆岩层载荷,E为顶板弹性模量,I为顶板截面惯性矩,h为采高,Lc为煤柱宽度,Lb为掘巷宽度,kc为煤体基床系数。
5.根据权利要求3所述的一种露天端帮压煤充填开采设计方法,其特征在于,判定压煤顶板是否发生破断的方法为:σmax≤σt
其中,σt为顶板抗拉强度。
6.根据权利要求1所述的一种露天端帮压煤充填开采设计方法,其特征在于,所述步骤(3)具体步骤如下:a.利用Flac3D建立露天端帮压煤充填开采数值模型;
b.代入满足压煤顶板稳定性条件的煤柱宽度、掘巷宽度与充实率的设计值,利用有限元折减法计算充填开采的边坡安全系数Fs,判定露天端帮是否稳定;
c.若露天端帮稳定,进行步骤(4);反之,根据充填体储存量,适当调整煤柱宽度、掘巷宽度与充实率,重新进行步骤(2)。
7.根据权利要求6所述的一种露天端帮压煤充填开采设计方法,其特征在于,判定露天端帮是否稳定的方法为:Fs≥Ks
其中,Fs为边坡安全系数,Ks为边坡稳定设计安全系数。