[發(fā)明專利]一種密集鉆孔弱化頂板孔間距計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010945806.3
• 申請(qǐng)日: 2020-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN112115599B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于斌;劉梓昌;蘇銘;姚強(qiáng)嶺;賈淵;夏澤;白一寧;馬軍強(qiáng);左超紅;李耀暉;張冠宇;孫浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司;中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運(yùn)紅

1.一種密集鉆孔弱化頂板孔間距計(jì)算方法，其特征在于，所述方法具體包括如下步驟：

S1：根據(jù)鉆孔圍巖受力情況，設(shè)定整個(gè)鉆孔徑向的受力作用一致，以鉆孔中心為圓心，建立二維極坐標(biāo)系；

S2：根據(jù)彈性力學(xué)，得到極坐標(biāo)下鉆孔周圍巖體的應(yīng)力分量的公式；

S3：根據(jù)平衡條件和莫爾強(qiáng)度條件得到鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)所在平面狀態(tài)的極值應(yīng)力公式，根據(jù)鉆孔周圍巖體在滿足莫爾—庫倫屈服條件時(shí)，結(jié)合鉆孔周圍巖體的原巖應(yīng)力，計(jì)算得到鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)的屈服條件式：

S3.1：根據(jù)平衡條件和莫爾強(qiáng)度條件，得到鉆孔周圍巖體中任意一點(diǎn)所在平面狀態(tài)的極值應(yīng)力公式為：

式中，σ₁為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處平面內(nèi)的最大主應(yīng)力，MPa；σ₂為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處平面內(nèi)的最小主應(yīng)力，MPa；σ_ρ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的徑向應(yīng)力，MPa；σ_θ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的環(huán)向應(yīng)力，MPa；τ_ρ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的徑向剪應(yīng)力，MPa；

S3.2：根據(jù)莫爾—庫倫屈服條件，即巖體在某個(gè)平面上的剪應(yīng)力達(dá)到極限值時(shí)，巖體發(fā)生屈服；得到該極值關(guān)于鉆孔周圍巖體損傷后的內(nèi)聚力C、鉆孔周圍巖體的內(nèi)摩擦角及鉆孔周圍巖體在該平面上所受正應(yīng)力σ_n的公式為：

式中，τ_n為巖體在該平面上所受剪應(yīng)力值，MPa；C為鉆孔周圍巖體損傷后的內(nèi)聚力，MPa；σ_n為鉆孔周圍巖體在該平面上所受正應(yīng)力，MPa；為鉆孔周圍巖體的內(nèi)摩擦角，度；

S3.3：根據(jù)鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處平面內(nèi)的主應(yīng)力計(jì)算得到巖體在該平面上所受剪應(yīng)力值τ_n和鉆孔周圍巖體在該平面上所受正應(yīng)力σ_n的公式為：

式中，τ_n為巖體在該平面上所受剪應(yīng)力值，MPa；σ_n為鉆孔周圍巖體在該平面上所受正應(yīng)力，MPa；σ₁為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處平面內(nèi)的最大主應(yīng)力，MPa；σ₂為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處平面內(nèi)的最小主應(yīng)力，MPa；

S3.4：基于步驟S3.1、S3.2和S3.3所述公式，聯(lián)立得到鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)的屈服條件式為：

式中，σ_ρ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的徑向應(yīng)力，MPa；σ_θ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的環(huán)向應(yīng)力，MPa；τ_ρ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的徑向剪應(yīng)力，MPa；C為鉆孔周圍巖體損傷后的內(nèi)聚力，MPa；為鉆孔周圍巖體的內(nèi)摩擦角，度；

S4：根據(jù)彈性理論，由滿足屈服條件時(shí)的鉆孔周圍巖體的應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算得到塑性區(qū)的發(fā)育半徑的計(jì)算公式；所述塑性區(qū)的發(fā)育半徑由步驟S2和步驟S3.4所述公式，聯(lián)立得到塑性區(qū)的發(fā)育半徑的計(jì)算公式為：

式中：R為鉆孔周圍巖體彈塑性區(qū)邊界線上的任意一點(diǎn)的極坐標(biāo)值；ρ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)的極坐標(biāo)值；a為鉆孔半徑，mm；C為鉆孔周圍巖體損傷后的內(nèi)聚力，MPa；為鉆孔周圍巖體的內(nèi)摩擦角，度；P為鉆孔所在位置的水平地應(yīng)力，MPa；

S5：基于步驟S4所述塑性區(qū)的發(fā)育半徑，計(jì)算得到密集鉆孔弱化頂板孔間距的數(shù)值；所述密集鉆孔弱化頂板孔間距的計(jì)算公式為：

L＝2Ru

式中，L為密集鉆孔弱化頂板孔間距，mm；R為鉆孔周圍巖體彈塑性區(qū)邊界線上的任意一點(diǎn)的極坐標(biāo)值；u為鉆孔交界半徑放大系數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密集鉆孔弱化頂板孔間距計(jì)算方法，其特征在于：步驟S2在該坐標(biāo)系下鉆孔周圍巖體的應(yīng)力分量的公式如下：

式中，ρ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)的極坐標(biāo)值；a為鉆孔半徑，mm；P為鉆孔所在位置的水平地應(yīng)力，MPa；σ_ρ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的徑向應(yīng)力，MPa；σ_θ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的環(huán)向應(yīng)力，MPa；τ_ρ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的徑向剪應(yīng)力，MPa；τ_θ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的環(huán)向剪應(yīng)力，MPa。