[發(fā)明專利]一種巷道頂板錨固支護(hù)抗沖擊能力的計(jì)算方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010041609.9
• 申請(qǐng)日: 2020-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN111259542A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何江;竇林名;吳江湖;曹立廳;葛慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué);徐州弘毅科技發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06Q50/02;E21D20/02
• 代理公司: 北京淮海知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32205
• 代理人: 華德明

1.一種巷道頂板錨固支護(hù)抗沖擊能力的計(jì)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(zhǎng)度：先獲取所用錨固劑的壓縮系數(shù)、錨固劑在錨桿鉆孔內(nèi)的長(zhǎng)度、錨固劑在錨桿鉆孔內(nèi)的直徑、錨桿鉆孔直徑和錨桿直徑；然后將獲取的各個(gè)數(shù)據(jù)代入如下公式：

式中，L₁表示錨桿的錨固段長(zhǎng)度，單位為mm；k_固1表示錨固劑壓縮系數(shù)，單位為1；L_固1表示錨固劑在錨桿鉆孔內(nèi)的長(zhǎng)度，單位為mm；D_固1表示錨固劑在錨桿鉆孔內(nèi)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(zhǎng)量，然后根據(jù)巷道頂板錨桿的極限伸長(zhǎng)量計(jì)算得到錨桿產(chǎn)生極限變形破斷前消耗的能量：先獲取錨桿的非錨固段長(zhǎng)度和錨桿的伸長(zhǎng)率，并將獲取數(shù)據(jù)代入如下式：

h_e1＝L_非1×μ₁

式中，h_e1表示錨桿極限伸長(zhǎng)量，單位為m；L_非1表示錨桿的非錨固段長(zhǎng)度，單位為m；μ₁表示錨桿的伸長(zhǎng)率；

根據(jù)得出錨桿的極限伸長(zhǎng)量經(jīng)計(jì)算得出錨桿產(chǎn)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(zhǎng)度：先獲取所用錨固劑的壓縮系數(shù)、錨固劑在錨索鉆孔內(nèi)的長(zhǎng)度、錨固劑在錨索鉆孔內(nèi)的直徑、錨索鉆孔直徑和錨索直徑；然后將獲取的各個(gè)數(shù)據(jù)代入如下公式：

式中：L₂表示錨索的錨固段長(zhǎng)度，單位為mm；k_固2表示錨固劑的壓縮系數(shù)，單位為1；L_固2表示錨固劑在錨索鉆孔內(nèi)的長(zhǎng)度，單位為mm；D_固2表示錨固劑在錨索鉆孔內(nèi)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(zhǎng)量，然后根據(jù)巷道頂板錨索的極限伸長(zhǎng)量計(jì)算得到錨索產(chǎn)生極限變形破斷前消耗的能量：先獲取錨索的非錨固段長(zhǎng)度和錨索的伸長(zhǎng)率，并將獲取數(shù)據(jù)代入如下式：

h_e2＝L_非2×μ₂

式中，h_e2表示錨桿極限伸長(zhǎng)量，單位為m；L_非2表示錨索的非錨固段長(zhǎng)度，單位為m；μ₂表示錨索的伸長(zhǎng)率；

根據(jù)得出錨索的極限伸長(zhǎng)量經(jīng)計(jì)算得出錨索產(chǎn)生極限變形破斷前消耗的能量E_ds；

Ⅴ、根據(jù)頂板錨桿與錨索布置的間排距情況，確定頂板支護(hù)系統(tǒng)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(hù)系統(tǒng)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(shù)，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(shù)，取值為0.9；

Ⅵ、在發(fā)生沖擊地壓的頂板支護(hù)系統(tǒng)中，傳遞至頂板巖體中的動(dòng)能和頂板巖體下沉的勢(shì)能轉(zhuǎn)移至支護(hù)系統(tǒng)變?yōu)橹ёo(hù)系統(tǒng)的彈性能，在臨界狀態(tài)時(shí)，該支護(hù)系統(tǒng)受到的彈性能量與支護(hù)系統(tǒng)的能量極限值相等，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出引起頂板支護(hù)系統(tǒng)失效的最小速度v：支護(hù)系統(tǒng)受到的彈性能量等于傳遞至頂板巖體中的動(dòng)能和頂板巖體下沉的勢(shì)能，具體如下式：

式中，E_d表示發(fā)生沖擊地壓后巷道圍巖單位面積巖體的動(dòng)能，單位為kJ/m²；E_h表示頂板煤塊因沖擊下滑而對(duì)支護(hù)系統(tǒng)施加的單位面積勢(shì)能，單位為kJ/m²；m表示參加沖擊過(guò)程的巷道圍巖的巖體質(zhì)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(guò)程的巷道的截面積，單位為m²；g表示計(jì)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(shù)據(jù)；

由于臨界狀態(tài)時(shí)，該支護(hù)系統(tǒng)受到的彈性能量與支護(hù)系統(tǒng)的能量極限值相等，即E_dz＝E；因此引起頂板支護(hù)系統(tǒng)失效的最小速度v，如下式：

從而得出引起頂板支護(hù)系統(tǒng)失效的最小速度v；

Ⅶ、對(duì)巷道頂板錨固支護(hù)抗沖擊能力進(jìn)行評(píng)價(jià)：獲取本礦井監(jiān)測(cè)得到的礦震能級(jí)或歷史發(fā)生礦震能級(jí)或周圍礦井發(fā)生礦震能級(jí)的數(shù)據(jù)，選擇其中礦震最大能級(jí)對(duì)應(yīng)的巖體最大震動(dòng)速度與步驟Ⅵ得出的最小速度v進(jìn)行比較，若巖體最大震動(dòng)速度小于最小速度v，則說(shuō)明巷道頂板錨固支護(hù)抗沖擊能力達(dá)到所需要求；若巖體最大震動(dòng)速度大于等于最小速度v，則說(shuō)明巷道頂板錨固支護(hù)抗沖擊能力未達(dá)到所需要求，此時(shí)根據(jù)巖體最大震動(dòng)速度與最小速度v之間的差值，進(jìn)行后續(xù)的支護(hù)加固工作。