[發明專利]一種深部巷道錨桿或錨索沖擊拉伸破壞判斷及其控制方法

在審

• 申請號: 202110054491.8
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112903480A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 張明;王磊;陳寶寶;倪廉欽;張貴生;胡浩
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30
• 代理公司: 合肥興東知識產權代理有限公司 34148
• 代理人: 李靜

本發明涉及煤礦開采技術領域，提供了一種深部巷道錨桿或錨索沖擊拉伸破壞判斷方法，包括如下步驟：S1、構建幾何模型；S2、構建力學模型，對假想巖體受礦震產生震動速度、錨桿沖擊動載力進行相應分析，并獲得錨桿沖擊拉伸破壞力學判據。本發明還提供了一種基于上述深部巷道錨桿或錨索沖擊拉伸破壞判斷方法的控制方法。本發明的優點在于：本發明對深部巷道錨桿“動?靜載”拉伸破斷機理方面進行研究，并最終得出深部巷道錨桿或錨索沖擊拉伸破壞判斷與控制方法，將其用于煤礦開采領域，可最終實現深部巷道中“支護?圍巖”局部結構的良好工況和穩定。

技術領域

本發明涉及煤礦開采技術領域，尤其涉及一種深部巷道錨桿或錨索沖擊拉伸破壞判斷及其控制方法。

背景技術

錨桿(索)能夠對圍巖施加較高的預緊力，并充分“調動”圍巖本身的承載強度，改善和形成“支護-圍巖”體結構。其屬于主動支護形式，在國內外的地下煤礦支護等工程領域均得到廣泛應用，且逐漸成為煤礦巷道首選的支護方式。目前，我國大部分礦區巷道錨桿(索)支護率已超過90％。

另外，隨著淺部煤炭資源不斷開采和枯竭，深部開采巷道沖擊地壓不斷出現。與淺地表礦山動力顯現相比，深井巷道沖擊地壓具有破壞嚴重、影響范圍廣以及災后可修復性差等特點，受到了政府部門、生產單位和科研人員持續關注。

由于深部開采明顯受到了高地應力、高地溫、高巖溶水壓和強烈采掘擾動等“三高一擾動”影響，同時，深部沖擊地壓礦井往往受礦震(動載)影響，巷道的圍巖環境及其支護控制受到了更大的挑戰。針對這一難題，深部礦井普遍采用高強度錨桿(索)支護，其具有承載能力高、穩定性和整體性高等特點，較好的解決了巷道圍巖大變形的問題，但其仍然存在錨桿(索)破斷的問題。對于錨桿(索)的破斷，其輕者能夠彈射傷人，重者則可能引起局部巷道支護失效，引起更大范圍的巷道圍巖失穩，甚至造成巷道沖擊。同時，由于錨桿(索)破斷僅在極短的時間內發生，無法實現監測、預警和人員防護等，屬于隱蔽性災害，將給采礦安全帶來極大的威脅。因此，為了實現錨桿(索)支護效果定性評估和深部巷道圍巖穩定，需要開展深部巷道錨桿(索)的主要受力特點和拉伸破壞形式的研究。

然而，目前為止，學者在深部巷道錨桿“靜載”受力變形和拉伸破斷方面的開展的研究和成果比較豐富，而“動-靜載”拉伸破斷機理研究相對較少，研究成果也只能定性描述，影響動載系數的因素和大小等定性結果還需要進一步探索。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種基于“動-靜載”拉伸破斷機理的深部巷道錨桿或錨索沖擊拉伸破壞判斷及其控制方法。

本發明采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種深部巷道錨桿或錨索沖擊拉伸破壞判斷方法，包括如下步驟：

S1、構建幾何模型：

基于錨桿或錨索的支護原理，建立“支護-圍巖”局部結構簡化空間模型；當所述“支護-圍巖”局部結構發生破壞，巷道直接頂首先發生破壞，并逐漸向周邊擴展；假想直接頂存在處于破壞狀態的假想巖體，在錨桿預緊力作用下巖體間無明顯間隔或分層現象，錨桿和錨固段未發生破壞，“支護-圍巖”局部結構處于懸吊狀態；此時，將假想巖體質量計為M，巷道錨桿支護的排距為a、間距為b，直接頂厚度為m，則對于單個錨桿來說，其控制的假想巖體體積不超過a×b×m；按最大估算，假想巖體長度×寬度×厚度＝a×b×m；

S2、構建力學模型并進行相應分析：

S21、對假想巖體受礦震產生震動速度進行分析

當厚硬巖層破斷運動或覆巖空間結構失穩誘發礦震，震源能量瞬間釋放并在采場和巷道圍巖產生不同程度的震動響應；將震源和考察的巷道視為2個獨立的“點”，震源在巖體介質中傳播的是能量；設震源能量為U，震源距假想巖體中心之間直線距離為r，震源巖體介質的能量衰減是傳播路徑距離的冪指數衰減函數，表示為：