[发明专利]基于围岩塑性区大小的巷道支护定量设计方法

说明书

本发明公开了基于围岩塑性区大小的巷道支护定量设计方法，包括如下步骤：步骤1，计算确定巷道围岩塑性区半径R的大小；步骤2，根据计算结果对巷道围岩进行分类；步骤3，根据巷道围岩分类结果，对不同类型的围岩进行针对性的支护参数设计；步骤4，根据现场监测反馈信息修改和调整支护参数。本发明基于塑性区大小设计的支护参数科学合理，是在得到巷道塑性区半径及边界几何特征指标的基础之上，以塑性区半径大小为主要指标进行巷道围岩分类，从而对不同类别的围岩进行针对性的支护参数设计，以保证巷道支护设计的科学性和经济性；本发明对巷道支护可以起到防止巷道发生冒顶事故的作用。

技术领域

本发明涉及对煤矿巷道支护安全技术领域，尤其涉及基于围岩塑性区大小的巷道支护定量设计方法。

背景技术

我国在50年代在国有部分矿井引进了巷道锚杆支护技术，几十年来，随着锚杆支护理论及锚杆支护材料的不断发展和完善，锚杆支护已经成为煤矿巷道支护的主流技术。但是我国在锚杆支护设计方面仅停留在工程类比等设计方法上，造成巷道安全可靠性差，存在威胁煤矿安全正常生产的隐患，极大地限制了锚杆支护技术的发展，支护设计方法有待提高，因此，发展较为科学、实用、可靠的锚杆支护设计方法迫在眉睫。目前，国内外众多学者对巷道支护设计方法进行了深入的研究，得到了许多有益的研究成果。

提出了一种包括“地应力测试—地质力学评估—初始设计—现场监测—反馈信息—修改设计”的煤巷锚杆支护动态设计方法；根据水平主应力与垂直应力的关系，将地层的应力状态分为四种情况，据此提出了基于高水平地应力的“刚性”梁理论与基于垂直地应力的“刚性”墙理论，并建立了相应的锚杆参数设计方法；

认为深部软岩巷道工程岩体介质的破坏主要是由于支护体与围岩之间的不耦合造成的，据此提出了既能充分发挥锚网主动支护浅部围岩的能力，又能通过锚索调动深部围岩强度的支护能力的锚网索耦合支护非线性设计方法；在分析锚杆支护作用机制的基础上，提出了高预应力、强力支护理论，强调锚杆预应力及其扩散的决定性作用；采用模糊数学及层次分析相结合的方法，并考虑了锚喷支护的现有经验，提出了锚喷支护工程类比设计的模糊经验分析法；认为松动圈厚度值是一个多因素综合指标的体现，并结合松动圈理论，利用松动圈厚度值进行松动圈围岩分类，据此提出了支护设计方法，并开发了相应的支护设计软件；基于人工神经网络原理，构筑了锚杆支护设计多级人工神经网络，在围岩分类的基础上进行煤巷锚杆支护形式和参数优化设计；基于自稳隐形拱原理，在总结锚杆加固围岩机理的基础上，提出了极限自稳隐形拱是地下巷道围岩可能失稳的最大区间边界的概念，并建立了相应的锚杆支护设计方法。综上所述，以上研究分别从支护设计理论，支护参数设计方法，围岩与支护体的关系等方面为切入点对巷道支护设计方法进行了深入的研究。

但是，煤矿井下巷道的围岩大多为煤系沉积岩层，由于沉积岩层的复杂性和多变性，加之受原始地应力场和采掘产生的采动应力场的叠加应力场的影响，造成了现有的支护方法在进行支护参数设计时，对于一条巷道只采取一种支护参数，使其无法适应围岩千变万化的支护要求而导致巷道支护强度过剩或支护强度不足，使巷道支护经济性或安全性变差。因此，本文提出一种基于围岩塑性区大小的巷道支护定量设计方法，可实现巷道精细化和针对性的支护定量设计。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供基于围岩塑性区大小的巷道支护定量设计方法，以解决上述技术问题。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

基于围岩塑性区大小的巷道支护定量设计方法，包括如下步骤：

步骤1，计算确定巷道围岩塑性区半径R的大小；

步骤2，根据计算结果对巷道围岩进行分类；

步骤3，根据巷道围岩分类结果，对不同类型的围岩进行针对性的支护参数设计；

步骤4，根据现场监测反馈信息修改和调整支护参数。