[发明专利]一种深部高应力硬岩板裂化岩爆释能支护体系设计方法

权利要求书

1.一种深部高应力硬岩板裂化岩爆释能支护体系设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、获取矿体及围岩参数

步骤11、获取结构面参数

通过结构面调查获取矿体及围岩的岩石质量指标RQD值、节理间距、节理条件、地下水条件和节理方向修正值；

步骤12、获取力学参数

通过室内试验获取矿体及围岩的密度、单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内聚力和内摩擦角；

步骤二、矿体及围岩质量分级

步骤21、基于RMR岩体质量分级方法

RMR值由RMR公式确定，RMR公式如下：

RMR＝R₁+R₂+R₃+R₄+R₅+R₆；

式中，

R1为单轴抗压强度；R2为岩石质量指标RQD值；R3为节理间距；R4为节理条件；R5为地下水条件；R6为节理方向修正值；

步骤22、基于GSI岩体质量分级方法

GSI值由GSI图表法确定；

步骤三、矿体及围岩参数修正

基于霍克-布朗岩体强度准则、岩体变形模量计算公式、等效摩尔-库伦参数将力学参数修正得到修正后的矿体及围岩的变形模量、抗压强度、抗拉强度、内聚力和内摩擦角；

步骤四、采动影响下围岩板裂化岩爆演化过程分析

将修正后的矿体及围岩的变形模量、抗压强度、抗拉强度、内聚力和内摩擦角作为数值模拟软件的输入，进行采动影响下围岩板裂化岩爆演化过程数值模拟，获得抛掷后板裂体初始速度、抛掷板裂体质量、巷道(硐室)围岩板裂体分布范围；

步骤五、支护方案选型

巷道(硐室)围岩表面的能量E_c＝E_e+E_p＝0.5mv²+mgh；

式中，

E_e为围岩发生板裂化岩爆时产生的动能E_e＝0.5mv²；E_p为围岩发生板裂化岩爆时产生的势能E_p＝mhg；m为岩爆抛掷的板裂体质量，为单位面积、岩爆深度和密度的乘积；v为岩爆抛掷的板裂体的初始速度，单位为m/s；g为重力加速度；h为抛掷的板裂体距离底板的高度；

假设单根释能锚杆能够释放的最大能量为e，且释能锚杆间排距s²＝a×b，其中，a为释能锚杆的横向间距，b为释能锚杆的纵向间距，则释能锚杆单位面积释放的能量E＝e/(a×b)；

为了保证巷道围岩的稳定，释能锚杆单位面积释放的能量E要不小于矿体及围岩表面的能量E_c，即E≥E_c；

在巷道支护设计中，为提高巷道围岩的稳定，取安全系数λ，则由能量平衡原理可得：

E＝λE_c；

则释能锚杆的间排距

对释能锚杆进行选型，对释能锚杆的横向及纵向间距进行选型，对金属网、锚固剂、锚杆托盘进行选型，得到若干种支护方案；

将修正后的矿体及围岩的变形模量、抗压强度、抗拉强度、内聚力和内摩擦角作为数值模拟软件的输入，并将若干种支护方案作为数值模拟软件的输入，在不同支护方案下进行采动影响下围岩稳定性数值模拟，选择围岩稳定性最好的支护方案。

2.根据权利要求1所述的一种深部高应力硬岩板裂化岩爆释能支护体系设计方法，其特征在于，步骤三中，基于霍克-布朗岩体强度准则，计算霍克-布朗参数m_b、s和α，霍克-布朗参数m_b、s和α由如下公式确定：

式中，

Mi为完整岩石材料常数；D为节理岩体扰动参数；

修正后的变形模量计算公式如下：

式中，

E_i为岩石的弹性模量，GPa；

采用如下公式确定修正后的抗压强度和抗拉强度：

σ_cm/σ_ci＝RMR/(RMR+6(100-RMR))；

式中，

σ_ci为岩石的单轴抗压强度，MPa；

σ_tmass＝-sσ_ci/m_b。

式中，

σ_ci为岩石单轴抗压强度；

采用如下公式确定修正后的内聚力和内摩擦角：

式中，

σ_3n＝σ_3max/σ_ci，σ_3max为侧限应力的上限值；

σ_3max通过如下公式确定：

式中，

σ_cmass为岩体抗压强度；γ为岩体的容重；H为埋深；当水平应力值超过垂直应力时，γH由水平应力值代替。