[發明專利]一種回采巷道底板破壞范圍的確定方法

有效

• 申請號: 201710753025.2
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107503795B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 黃慶享;曹健;郝高全
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: E21F17/00
• 分類號: E21F17/00
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 李振瑞

1.一種回采巷道底板破壞范圍的確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)建立巷道底板破壞力學模型：

建立巷道底板破壞力學模型：受巖體極限承載力P和底板上均布載荷q的作用，根據土力學地基極限承載力原理，把巷道底板極限平衡區分為主動極限區oac三角區、被動極限區odb三角區和過渡區cod扇形區，底板oac區與odb區分別處于主動和被動塑性應力狀態；底板巖體破壞最大深度為h_dmax；主動契體A上的最小主應力為σ_3A，最大主應力為σ_1A；被動契體B上的最小主應力為σ_3B，最大主應力為σ_1B；根據極限平衡條件，σ_3A＝σ_1B；A區底板最大主應力σ_1A為垂直應力，B區最大主應力σ_1B為水平應力；

巷道底板穩定性分析：

被動契體B的最小主應力為σ_3B＝q，主動契體A的最大主應力為巖體極限承載力P，主動區滑移線邊界角為巖石內摩擦角，c為內聚力；根據摩爾-庫倫強度準則：

將σ_3B＝q代入(1)式得：

由極限平衡條件σ_3A＝σ_1B，得：

對主動契體A，根據摩爾-庫倫強度準則，有：

將(3)代入(4)得：

由σ_1A＝P，巖體極限承載力P為：

若巷道底板不采用任何處理，即q＝0時：

借鑒雙折減系數強度折減法提出底板強度折減系數η，折減后內聚力c^*＝ηc，折減后巖石內摩擦角可得：

考慮巷道開挖后的支承壓力峰值系數k，巷幫承受的載荷為P₁：

P₁＝kP₀ (9)

式中，P₀為巷道原巖應力，單位為MPa；

則巷道底板穩定性判據為：

(2)確定巷道底板破壞范圍

當巷道底板破壞，建立底板破壞范圍計算模型，其中，L為巷幫下部底板極限平衡區寬度，單位為m；r₀為主動極限區與過渡區共線oc邊長，單位為m；r_θ為過渡區螺旋半徑，單位為m；h_bd為巷幫底板破壞區深度，單位為m；h_dmax為底板巖體破壞最大深度，單位為m；l_max為巷道底板破壞最深處與巷幫的距離，單位為m；

由于△oac和△bod為等腰三角形，則有ac＝oc＝r₀，可得：

主動契體A和被動契體B的滑移線為兩組直線，主動區滑移線邊界角被動區滑移線邊界角而過渡區C的滑移線為一組對數螺線；其中心點為O，曲線方程為：

式中，θ為r_θ與r₀之間的夾角，單位為度；

由于△oac和△bod為等腰三角形，可得：

∠cod＝π-α-β＝π/2 (12)

則，過渡區的巷道底板破壞深度h_d為：

當時，h_d達最大破壞深度，簡化得：

可得：

將(16)代入(14)可得底板巖體破壞最大深度為：

當時，巷幫底板破壞區深度：

將(10)代入(17)和(18)，得：

由(19)可以求得：

進而得到在一定時，底板巖體破壞最大深度與巷幫下部底板極限平衡區寬度成線性增長；

巷道底板破壞最深處與巷幫的距離l_max為：