[發明專利]一種巷道頂板錨固支護抗沖擊能力的計算方法

在審

• 申請號: 202010041609.9
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111259542A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 何江;竇林名;吳江湖;曹立廳;葛慶
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;徐州弘毅科技發展有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/02;E21D20/02
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 華德明

1.一種巷道頂板錨固支護抗沖擊能力的計算方法，其特征在于，具體步驟為：

Ⅰ、確定巷道頂板錨桿的錨固段長度：先獲取所用錨固劑的壓縮系數、錨固劑在錨桿鉆孔內的長度、錨固劑在錨桿鉆孔內的直徑、錨桿鉆孔直徑和錨桿直徑；然后將獲取的各個數據代入如下公式：

式中，L₁表示錨桿的錨固段長度，單位為mm；k_固1表示錨固劑壓縮系數，單位為1；L_固1表示錨固劑在錨桿鉆孔內的長度，單位為mm；D_固1表示錨固劑在錨桿鉆孔內的直徑，單位為mm；D_鉆1表示錨桿鉆孔直徑，單位為mm；D_桿表示錨桿直徑，單位為mm；

Ⅱ、確定巷道頂板錨桿的極限伸長量，然后根據巷道頂板錨桿的極限伸長量計算得到錨桿產生極限變形破斷前消耗的能量：先獲取錨桿的非錨固段長度和錨桿的伸長率，并將獲取數據代入如下式：

h_e1＝L_非1×μ₁

式中，h_e1表示錨桿極限伸長量，單位為m；L_非1表示錨桿的非錨固段長度，單位為m；μ₁表示錨桿的伸長率；

根據得出錨桿的極限伸長量經計算得出錨桿產生極限變形破斷前消耗的能量E_g；

Ⅲ、確定巷道頂板錨索的錨固段長度：先獲取所用錨固劑的壓縮系數、錨固劑在錨索鉆孔內的長度、錨固劑在錨索鉆孔內的直徑、錨索鉆孔直徑和錨索直徑；然后將獲取的各個數據代入如下公式：

式中：L₂表示錨索的錨固段長度，單位為mm；k_固2表示錨固劑的壓縮系數，單位為1；L_固2表示錨固劑在錨索鉆孔內的長度，單位為mm；D_固2表示錨固劑在錨索鉆孔內的直徑，單位為mm；D_鉆2表示錨索鉆孔直徑，單位為mm；D_索表示錨索直徑，單位為mm；

Ⅳ、確定巷道頂板錨桿的極限伸長量，然后根據巷道頂板錨索的極限伸長量計算得到錨索產生極限變形破斷前消耗的能量：先獲取錨索的非錨固段長度和錨索的伸長率，并將獲取數據代入如下式：

h_e2＝L_非2×μ₂

式中，h_e2表示錨桿極限伸長量，單位為m；L_非2表示錨索的非錨固段長度，單位為m；μ₂表示錨索的伸長率；

根據得出錨索的極限伸長量經計算得出錨索產生極限變形破斷前消耗的能量E_ds；

Ⅴ、根據頂板錨桿與錨索布置的間排距情況，確定頂板支護系統在破斷前吸收的能量極限值，如下式：

E_dz＝ρ₁×E_g×η₁+ρ₂×E_ds×η₂

式中，E_dz表示頂板支護系統在破斷前吸收的能量極限值，單位為kJ/m²；ρ₁表示錨桿在頂板布置的密度，單位為根/m²；η₁表示錨桿破斷耗能不均衡系數，取值為0.8；ρ₂表示錨索在頂板布置的密度，單位為根/m²；η₂表示錨索破斷耗能不均衡系數，取值為0.9；

Ⅵ、在發生沖擊地壓的頂板支護系統中，傳遞至頂板巖體中的動能和頂板巖體下沉的勢能轉移至支護系統變為支護系統的彈性能，在臨界狀態時，該支護系統受到的彈性能量與支護系統的能量極限值相等，經過計算得出引起頂板支護系統失效的最小速度v：支護系統受到的彈性能量等于傳遞至頂板巖體中的動能和頂板巖體下沉的勢能，具體如下式：

式中，E_d表示發生沖擊地壓后巷道圍巖單位面積巖體的動能，單位為kJ/m²；E_h表示頂板煤塊因沖擊下滑而對支護系統施加的單位面積勢能，單位為kJ/m²；m表示參加沖擊過程的巷道圍巖的巖體質量，單位為kg；v表示巷道圍巖沖擊速度，單位為m/s；S表示參加沖擊過程的巷道的截面積，單位為m²；g表示計算巷道所處地方的重力加速度，單位為m/s²；Δh表示頂板煤塊因沖擊而下滑的距離，單位為m；其中S、m、g、Δh均為已知數據；

由于臨界狀態時，該支護系統受到的彈性能量與支護系統的能量極限值相等，即E_dz＝E；因此引起頂板支護系統失效的最小速度v，如下式：

從而得出引起頂板支護系統失效的最小速度v；

Ⅶ、對巷道頂板錨固支護抗沖擊能力進行評價：獲取本礦井監測得到的礦震能級或歷史發生礦震能級或周圍礦井發生礦震能級的數據，選擇其中礦震最大能級對應的巖體最大震動速度與步驟Ⅵ得出的最小速度v進行比較，若巖體最大震動速度小于最小速度v，則說明巷道頂板錨固支護抗沖擊能力達到所需要求；若巖體最大震動速度大于等于最小速度v，則說明巷道頂板錨固支護抗沖擊能力未達到所需要求，此時根據巖體最大震動速度與最小速度v之間的差值，進行后續的支護加固工作。