[发明专利]一种基于最大允许底臌量的底臌控制设计方法

说明书

本发明涉及一种基于最大允许底臌量的底臌控制设计方法，属于巷道围岩控制技术领域，包括：根据巷道高度、支护和施工要求，设计最大允许底臌量；根据底臌量与水平力之间的关系，确定最大允许底臌量所对应的底板最大允许水平应力；确定目标水平力的大小，从水平力的产生与传递两个方面，确定底臌控制措施并设计施工参数。本发明通过以最大允许底臌量为落脚点，根据巷道底臌与底板水平力之间的关系，得到最大允许底臌量所对应的最大允许水平力，进而从水平力的产生和传递两个方面提出相应的控制措施，达到有效控制巷道底臌的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于最大允许底臌量的底臌控制设计方法，属于巷道围岩控制技术领域。

背景技术

随着我国浅部煤炭资源日益减少，国内大多数煤矿相继进入深部开采，巷道埋深逐渐增加，地质条件日趋复杂，深部巷道围岩稳定性成为现今亟需解决的关键性问题。特别是在深部软岩破碎巷道中，底板水平应力较大，巷道大变形现象非常严重，巷道维护十分困难。底臌是在深部煤矿巷道中受底板水平力影响的一种常见的一种破坏形式，而且占据巷道变形量的主要部分，严重影响矿井安全生产。目前公认的有效控制底鼓的方法大致分为两类：一类是防止，即采取措施将底鼓量减少到允许的范围内；二是清除底鼓，将巷道已发生底鼓的部分岩石清除，恢复巷道断面积。

现有技术中，中国专利文献CN2016108944617公开了一种用于治理巷道底臌的钢混反拱与锚杆的组合结构及该组合结构的施工方法，该方法通过在工字钢梁两端穿设锚杆并与巷道底板围岩固连形成钢拱结构，最后浇筑混凝土形成钢混反拱与锚杆的组合结构，实现对底臌的控制目的。但在形成钢拱结构的过程中，施工工艺较为繁琐，工字钢梁需要与底板弧形走势大致相当，材料加工存在一定的困难。同时钢混反拱与锚杆的组合结构仅对底板岩层的移动起到了限制作用，没有从力源的角度对底臌问题进行考虑，且施工参数设计无具体的依据，无法实现对底臌的有效控制。

中国专利文献CN108194097A公开了一种防治巷道底臌的凸型吸能承载结构，该结构能够有效释放和转移两帮传递的高垂直应力和深部底板高水平应力，从根本上切断了底臌变形的发生“力源”，实现了对底臌的控制。但该方法需要对巷道底板进行大范围开挖，施工工程量较大，施工工艺复杂，同时未给出凸型吸能承载结构的具体设计参数，底板锚杆、帮锚杆的施工参数选取无依据，不能针对巷道底臌问题起到良好有效的控制效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于最大允许底臌量的底臌控制设计方法，通过以最大允许底臌量为落脚点，根据巷道底臌与底板水平力之间的关系，得到最大允许底臌量所对应的最大允许水平力，进而从水平力的产生和传递两个方面提出相应的控制措施，达到有效控制巷道底臌的目的。

术语解释：

塑性区：是指在巷道开挖后，在巷道帮部上，距离巷道一定范围内的煤体呈现塑性破坏，这一范围或区域被称为塑性区。

本发明采用以下技术方案：

一种基于最大允许底臌量的底臌控制设计方法，包括：

步骤1、根据巷道高度、支护和施工等方面的要求，设计最大允许底臌量w_max；

最大允许底臌量w_max的确定过程为现有技术，可参考现有技术设计。

步骤2、根据底臌量与水平力之间的关系，确定最大允许底臌量所对应的底板最大允许水平应力；

步骤3、确定目标水平力的大小，从水平力的产生与传递两个方面，确定底臌控制措施并设计施工参数。

优选的，所述步骤2具体为：

巷道底板岩梁受到底板水平力P的挤压作用发生弯曲变形，在底板水平力P的作用下，底板岩梁(底板岩梁在未发生弯曲变形时，认为是水平的，也可称为水平梁)弯曲变形方程为式(Ⅰ)：