[發明專利]一種節理化巷道塊體穩定性分析與吸能支護的一體化方法

有效

• 申請號: 202210599385.2
• 申請日: 2022-05-30
• 公開（公告）號: CN114970161B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 杜坤;畢瑞陽;周健;劉明暉
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;G06F30/17;G06T17/00;E21D21/00;G06F119/02
• 代理公司: 徐州蘇越知識產權代理事務所(普通合伙) 32543
• 代理人: 劉振祥

一種節理化巷道塊體穩定性分析與吸能支護的一體化方法，采用三維激光掃描系統對巷道圍巖進行巖體節理面信息的獲取；通過對節理面信息進行分析與統計，構建出巷道巖體三維可視化模型；運用運動學方法對塊體運動方式及穩定性進行分析，并確定塊體為穩定塊體或為會發生滑動的關鍵塊體；對關鍵塊體受壓節理面進行分析，獲得塊體的滑動方式為塌落或為滑落；在關鍵塊體中部位置，并垂直關鍵塊體的臨空面打入吸能錨桿進行支護；將各個錨桿通過光纖線纜連接到集中監測系統中形成支護監測網，完成節理化巷道塊體穩定性分析及支護一體化過程。該方法能充分分析塊體的類型及滑動方式，能避免盲目的支護作業，能通過針對性支護的方式提高巷道圍巖的穩定性。

技術領域

本發明屬于地下巷道支護技術領域，具體是一種節理化巷道塊體穩定性分析與吸能支護的一體化方法。

背景技術

地下巖體在形成和發展過程中均會受到復雜的地質作用，使巖體產生了具有一定方向和弱力學強度的節理面，節理面將巖體切割成若干形狀不同的巖石塊體。節理面對巷道圍巖的強度及變形特征起著非常重要的作用。此外，被節理面切割的塊體對巷道的穩定性起著決定性因素，即塊體的穩定性決定著巷道的穩定性。然而，以往的巷道支護方式，多采用傳統的吸能錨桿進行支護，并以一定間排距在整個巷道中布設錨桿。這種傳統的支護方式，主要具有以下兩方面的不足：一方面沒有對巖體節理面信息進行有效的獲取，沒有針對性的分析巷道塊體的形態，未充分分析塊體的類型及滑動方式，盲目性的在整個巷道布設了錨桿進行支護，不僅容易導致支護效果的不理想，而且造成了支護的過剩，也使得支護材料產生了較大的浪費。另一方面，傳統的吸能錨桿在支護結構方面具有一定的不足，具體主要有以下兩點不足。第一，大部分桿體尾部具有吸能機構的錨桿在支護過程中于桿體的頭部使用了錨固劑，這樣，錨固劑的性能會直接影響吸能機構的吸能效果，并且錨固劑在攪拌過程中產生的粉塵容易對人體造成傷害，錨固劑自身的化學物質對地下環境也容易造成污染。第二，傳統的吸能錨桿只有一個吸能機構，只能完成一次吸能讓壓作業，進而只能應對一次高應力擾動，并不適用于長時間的高應力擾動，適用性具有一定的局限性。然而，現階段，隨著地下工程的深度逐漸增大，巷道圍巖節理化的現象愈加明顯，高應力擾動周期愈加頻繁。因此，急需一種能適用于深部節理化巷道塊體穩定性分析與吸能支護的一體化方法。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種節理化巷道塊體穩定性分析與吸能支護的一體化方法，該方法能對巖體節理面信息進行有效的獲取，并能充分分析塊體的類型及滑動方式，不僅能避免盲目的支護作業，節省了支護資源，而且能通過針對性支護的方式提高巷道圍巖的穩定性。

為了實現上述目的，本發明提供一種節理化巷道塊體穩定性分析與吸能支護的一體化方法，包括如下步驟：

步驟一：巖體節理面信息獲取；

采用三維激光掃描系統對巷道圍巖進行巖體節理面信息的獲取；

步驟二：構建三維可視化模型；

通過對節理面信息進行分析與統計，構建出巷道巖體三維可視化模型；

步驟三：塊體運動學分析；

通過巖體三維可視模型，運用運動學方法對塊體運動方式及穩定性進行分析，并確定塊體運動是否滿足公式(1)，若不滿足則塊體為穩定塊體，且不會發生滑動，不需要采取支護措施，結束節理化巷道塊體穩定性分析及支護一體化過程；若滿足則塊體為關鍵塊體，且會發生滑動，執行步驟四；

式中，為塊體中任意第i個節理面指向塊體(31)內部的法向量；i為節理面的數量，i＝1，2，…，n；為塊體的位移矢量；

步驟四：分析關鍵塊體滑動方式；