[发明专利]深部巷道吸能支护设计方法及系统

说明书

本发明公开了深部巷道吸能支护设计方法及系统，属于煤炭开采安全控制技术领域，包括以下步骤和流程：建立围岩能量计算模型，计算得到依据巷道覆岩破断时的最大能量释放量、设计巷道与依据巷道的能量差异系数；根据依据巷道的最大能量释放量和能量差异系数，计算设计巷道覆岩破断时的最大能量释放量；获取吸能支护件的吸能性能参数，根据设计巷道的最大能量释放量和吸能支护件的吸能性能参数得到吸能支护基础参数；对吸能支护基础参数进行支护强度与经济性验算，确定最优吸能支护基础参数，最终形成巷道支护方案。本发明基于巷道围岩聚集的能量进行吸能支护设计，能够有效防治冲击地压等动力灾害。

技术领域

本发明涉及煤炭开采安全控制技术领域，尤其涉及深部巷道吸能支护设计方法及系统。

背景技术

随着开采深度的增加，高应力特征更加明显，煤岩体破碎更加严重，巷道围岩能量聚集更加显著，由此引发的冲击地压等强动力灾害更加频繁，严重地威胁着煤矿开采的安全。巷道围岩能量的聚集是造成冲击地压动力灾害的主要因素。

目前已有许多矿井通过巷道钻孔卸压、切顶卸压等手段进行了冲击地压的有效防治，其本质为通过改变巷道围岩结构释放大量巷道围岩中聚集的能量。但是发明人发现，在巷道围岩卸压后仍会有剩余能量聚集，仍可能存在冲击地压危险。经传统强度设计的支护已无法完全避免深部煤矿巷道冲击地压的发生。现有巷道支护主要基于支护构件力学性能和巷道围岩强度之间的关系进行设计，难以从根本上防治冲击地压。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种深部巷道吸能支护设计方法及系统，以巷道覆岩破断时的最大能量释放量为基础依据，基于围岩聚集的能量进行吸能支护设计，得到的支护参数更贴近于实际工程现场，可有效防治冲击地压等动力灾害。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种深部巷道吸能支护设计方法，包括：

建立围岩能量计算模型，计算得到依据巷道覆岩破断时的最大能量释放量、设计巷道与依据巷道的能量差异系数；

根据依据巷道的最大能量释放量和能量差异系数，计算设计巷道覆岩破断时的最大能量释放量；

获取吸能支护件的吸能性能参数，根据设计巷道的最大能量释放量和吸能支护件的吸能性能参数得到吸能支护基础参数；

对吸能支护基础参数进行支护强度与经济性验算，确定最优吸能支护基础参数，最终形成巷道支护方案。

作为进一步的实现方式，设计巷道覆岩破断时的最大能量释放量不大于吸能支护件最大能量吸收量与依据巷道覆岩破断时沿巷道走向的破断长度及安全系数的乘积。

作为进一步的实现方式，所述吸能支护件采用吸能锚杆或锚索、吸能柔性网和吸能支顶柱；

吸能支护件最大能量吸收量为每米长度巷道所需吸能锚杆或锚索数量与每根吸能锚杆或锚索最大能量吸收量的乘积、每米长度巷道所需吸能柔性网面积与单位面积吸能柔性网最大能量吸收量的乘积和每米长度巷道所需吸能支顶柱数量与每根吸能支顶柱最大能量吸收量的乘积之和。

作为进一步的实现方式，每根吸能锚杆或锚索的最大能量吸收量为吸能锚杆或锚索的吸能性能参数，单位面积吸能柔性网最大能量吸收量为吸能柔性网的吸能性能参数，每根吸能支顶柱的最大能量吸收量为吸能支顶柱的吸能性能参数。

作为进一步的实现方式，基于围岩能量计算模型，结合微震监测数据，确定工作面开采时依据巷道处最大的矿震能级；根据矿震能级与覆岩破断释放的总能量比值，得到依据巷道覆岩破断时的最大能量释放量。

作为进一步的实现方式，根据设计巷道与依据巷道顶板能量平均密度的比值，得到设计巷道与依据巷道的能量差异系数。