[發明專利]一種煤礦巷道抗沖擊能力精準計算方法

在審

• 申請號: 202110792636.4
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113586144A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 張廣超;陶廣哲;李友;于善昌;趙德帥;尹茂盛;李瑞明;陳淼
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21F17/00
• 分類號: E21F17/00;E21D11/00;G01M7/02;G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 徐州上智知識產權代理事務所(普通合伙) 32575
• 代理人: 閆莉

1.一種煤礦巷道抗沖擊能力精準計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：沖擊構件能量測定

對現場使用的防沖和支護構件進行取材，并進行動力沖擊實驗，分別獲取頂板錨桿、頂板錨索、幫部錨桿、幫部錨索所能吸收的平均能量為：E_d桿、E_d索、E_b桿、E_b索；頂板錨桿托盤、頂板錨索托盤、頂板鋼帶、幫部錨桿托盤、幫部錨索托盤、幫部鋼帶所能吸收的能量為：E_d桿托、E_d索托、E_d鋼帶、E_b桿托、E_b索托、E_b鋼帶；頂板、幫部護表網所能吸收的能量為E_dw、E_bw；

第二步：計算單位面積的巷道支護結構所能吸收的能量

步驟I：計算單位面積的巷道頂板支護結構所能吸收的能量，其計算公式如下：

E_d＝[n_dg×(E_d桿+E_d桿托)+n_ds×(E_d索+E_d索托)+E_d鋼帶]/(a×c)+E_dw (1)

式中：E_d為單位面積的巷道頂板支護結構所能吸收的能量；n_dg為頂板單排錨桿的數量；E_d桿為頂板單根錨桿所能吸收的能量；E_d桿托為頂板錨桿配套的托盤所能吸收的能量；n_ds為頂板單排錨索的數量；E_d索為頂板單根錨索所能吸收的能量；E_d索托為頂板錨索配套的托盤所能吸收的能量；E_d鋼帶為頂板鋼帶所能吸收的能量；a為巷道寬度；c為頂板錨桿支護排距；E_dw為頂板單位面積的護表網所能吸收的能量；

步驟II：計算單位面積的巷道幫部支護結構所能吸收的能量，其計算公式如下：

E_b＝[n_bg×(E_b桿+E_b桿托)+n_bs×(E_b索+E_b索托)+E_b鋼帶]/(b×d)+E_bw (2)

式中：E_b為單位面積的巷道幫部支護結構所能吸收的能量；n_bg為幫部單排錨桿的數量；E_b桿為幫部單根錨桿所能吸收的能量；E_b桿托為幫部錨桿配套的托盤所能吸收的能量；n_bs為幫部單排錨索的數量；E_b索為幫部單根錨索所能吸收的能量；E_b索托為幫部錨索配套的托盤所能吸收的能量；E_b鋼帶為幫部鋼帶所能吸收的能量；b為巷道高度；d為錨桿幫部支護排距；E_bw為幫部單位面積的護表網所能吸收的能量；

步驟III：計算巷道現場單位面積的卸壓鉆孔所能吸收的能量，其計算公式如下：

E_k＝S_k×k_b×h_k×σ_h/(l×b) (3)

σ_h＝γh (5)

式中：E_k為單位面積的卸壓鉆孔所能吸收的能量，S_k為卸壓孔的面積，h_k為卸壓孔的深度，k_b為卸壓孔的閉合系數取0.1％～0.2％，σ_h為鉆孔處的垂直應力，π為圓周率取3.14，γ為容重取25～27kN/m³，h為巷道埋深，d為卸壓孔直徑，b為巷道高度，l為卸壓孔間距；

步驟IV：計算液壓支架超前支護措施單位面積所能吸收的能量，其計算公式如下：

式中：E_y為液壓支架單位面積能夠吸收的平均能量，n_z為一個周期來壓步距內的超前支架數量，K為液壓支架的剛度，取0.14×10⁸(N/m²)，S為支架組的有效支護面積，取支架觸頂面積的0.7～0.8；W為液壓支架的位移量；a為巷道的寬度；L為巷道的周期來壓步距；

第三步：巷道抗沖擊能力綜合計算

步驟I：確定權重系數

根據巷道圍巖穩定性狀況，確定單位面積頂板支護結構所能吸收的能量E_d，單位面積的巷道幫部結構所能吸收的能量E_b；單位面積的幫部卸壓鉆孔所能吸收的能量E_k三者所占的權重，其中α為E_d所占的權重，β為E_b所占的權重，γ為E_k占的權重；巷道圍巖穩定性狀況分為非常穩定、穩定、中等穩定、不穩定四種類型，當巷道圍巖穩定性狀況為非常穩定時，α＝0.4，β＝0.4，γ＝0.2；當巷道圍巖穩定性狀況為穩定時，α＝0.5，β＝0.3，γ＝0.2；當巷道圍巖穩定性狀況為中等穩定時，α＝0.6，β＝0.3，γ＝0.1，當巷道圍巖穩定性狀況為不穩定時，α＝0.7，β＝0.2，γ＝0.1；

步驟II：權重分配計算，將權重因子α、β、γ組成矩陣A

將單位面積頂板支護結構所能吸收的能量E_d，單位面積的巷道幫部結構所能吸收的能量E_b；單位面積的幫部卸壓鉆孔所能吸收的能量E_k組成矩陣B

步驟III：計算分配權重后的巷道單位面積的抗沖擊能力

式中，E_z為分配權重后的巷道單位面積的抗沖擊能力；

步驟IV：計算巷道的綜合抗沖擊能力

根據巷道的頂板條件，計算出巷道的周期來壓步距L，取周期來壓步距長度范圍為一個整體，則該巷道的綜合抗沖擊能力按下式計算：

E_L＝[(a+2b)×E_z+a×E_y]×L (9)

式中，E_L為以周期來壓步距為長度的巷道的綜合抗沖擊能力；a為巷道寬度，b為巷道高度；E_z為分配權重后的巷道單位面積的抗沖擊能力；E_y為液壓支架單位面積能夠吸收的平均能量；L為該頂板條件下的周期來壓步距。