巷道塑性区分析方法技术

技术编号:20911730 阅读:43 留言:0更新日期:2019-04-20 08:48
本发明专利技术公开了一种巷道塑性区分析方法,包括:步骤一、测量巷道的地应力数据和煤岩物理力学参数,理论计算或数值模拟巷道的模拟的塑性区范围,其包括测试点坐标‑模拟的塑性区大小的映射关系;步骤二、在巷道的煤体取测试点,钻孔,测量测试点发生孔壁脆性破坏时对应的巷道的实测的塑性区大小;步骤三、查询该测试点的模拟的塑性区大小,并根据该侧试点的实测的塑性区大小与模拟的塑性区大小的偏离程度,修正巷道的所有测试点的模拟的塑性区大小,获得巷道的塑性区范围。本发明专利技术能够提出较为准确的巷道周围围岩体的塑性区分布规律。

Analysis Method of Plastic Zone in Roadway

The invention discloses a method for analyzing the plastic zone of a roadway, which includes: step 1: measuring the in-situ stress data of the roadway and the physical and mechanical parameters of coal and rock, calculating theoretically or simulating the plastic zone range of the roadway, including mapping relationship between the coordinates of the test points and the size of the simulated plastic zone; step 2: taking test points in the coal body of the roadway, drilling holes, and measuring the occurrence of the hole wall at the test points. The measured plastic zone size of the roadway corresponding to brittle failure; Step 3, inquire the simulated plastic zone size of the test point, and according to the deviation between the measured plastic zone size and the simulated plastic zone size of the side pilot, correct the simulated plastic zone size of all test points of the roadway, and obtain the plastic zone scope of the roadway. The invention can provide a more accurate plastic zone distribution law of surrounding rock mass around a roadway.

【技术实现步骤摘要】
巷道塑性区分析方法
本专利技术涉及巷道测试
更具体地说,本专利技术涉及一种巷道塑性区分析方法。
技术介绍
煤矿层积岩分布,开采煤层的顶板、底板中围岩呈层状分布,多数依次分布多种岩层,各层围岩物理力学性能差异较大。煤矿巷道周围的围岩体单轴抗压强度不高,巷道周围围岩体,从表面到内部依次分布破碎区、塑性区、弹性区,塑性区包围弹性区。研究巷道周围围岩体塑性区分布规律,一直是巷道支护一项重要内容。煤矿开采深度逐年增加,地应力逐渐增大,巷道周围围岩体塑性区变大,巷道支护原来越来越困难。研究煤层巷道围岩体塑性区分布规律,尤其是巷道顶板、底板塑性区分布规律,为巷道锚杆技术提供研究基础。目前通过实测的方法确定巷道的塑性区范围仅适用于部分地质条件极佳的情况,而通过模拟的方法确定巷道的塑性区范围存在一定程度的误差,误差程度也会因地质条件而不同。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题,并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种巷道塑性区分析方法,其能够提出较为准确的巷道周围围岩体的塑性区分布规律。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点,提供了一种巷道塑性区分析方法,包括:步骤一、测量巷道的地应力数据和煤岩物理力学参数,理论计算或数值模拟巷道的模拟的塑性区范围,其包括测试点坐标-模拟的塑性区大小的映射关系;步骤二、在巷道的煤体取测试点,钻孔,测量测试点发生孔壁脆性破坏时对应的巷道的实测的塑性区大小;步骤三、查询该测试点的模拟的塑性区大小,并根据该侧试点的实测的塑性区大小与模拟的塑性区大小的偏离程度,修正巷道的所有测试点的模拟的塑性区大小,获得巷道的塑性区范围。优选的是,步骤一具体为:按照巷道的实际采掘条件建立FLAC3D模型,测量巷道的地应力数据和煤岩物理力学参数,并对FLAC3D模型进行赋值,计算至平衡,开挖巷道,再次计算至平衡,得到包括测试点坐标-模拟的塑性区大小信息的云图,读取云图中的塑性区范围。优选的是,步骤二具体为:S1、在巷道的煤体取测试点,在该测试点垂直于巷道的煤体的方向钻孔;S2、在钻孔的孔深方向确定多个测试位置,测量每个测试位置到孔口的距离值,从孔口开始依次对每个测试位置的孔壁施加使孔壁发生脆性破坏的压力,记录该压力的压力数值,作为该测试位置承受的作用力的强度值;S3、将每个测试位置对应的距离值和强度值进行拟合生成该测试点的强度曲线,其为一距离值增加时的强度值上升曲线段;S4、从上升曲线段中读取最大的距离值,即为该测试点的塑性区大小。4、如权利要求3所述的巷道塑性区分析方法,其特征在于,钻孔深度不小于步骤一理论计算得到的巷道的模拟的塑性区范围。优选的是,每个测试位置包括第一测试位置和第二测试位置,第一测试位置和第二测试位置位于钻孔的同一剖面,且二者的连线与该剖面的一直径重合,测量第一测试位置和第二测试位置的孔壁发生脆性破坏时的压力数值并计算平均值,作为该测试位置的强度值。优选的是,步骤二的测试点包括两个,两个测试点位于巷道的同一剖面,且二者的连线与该剖面的一直径重合;分别测量两个测试点的实测的塑性区大小,计算两个测试点的实测的塑性区大小与模拟的塑性区大小的偏离程度,取平均值,用该平均值修正巷道的所有测试点的模拟的塑性区大小,获得巷道的塑性区范围。优选的是,步骤三具体为:在云图上读取该测试点的模拟的塑性区大小,用该测试点的实测的塑性区大小与模拟的塑性区大小作除数,得修正系数,根据修正系数修正所有测试点的模拟的塑性区大小:当修正系数在预设的阈值范围内,取所有测试点的模拟的塑性区大小构成巷道的塑性区范围;当修正系数不在预设的阈值范围内,将所有测试点的模拟的塑性区大小与修正系数相乘,计算结果构成巷道的塑性区范围。优选的是,测量测试点的塑性区大小采用测试设备进行,所述测试设备包括:强度探针装置,其包括保护套、探针、活塞、端面压板、侧面压板,所述保护套内设有传动腔,所述探针与所述活塞安装在所述传动腔内部,所述端面压板、侧面压板封装所述传动腔,所述侧面压板侧面预留有供所述探针伸出的通孔,所述探针与所述活塞固定连接,所述活塞垂直于钻孔的孔深方向滑动密封连接所述传动腔,所述探针伸出所述保护套,并垂直作用于孔壁;测量杆,其一端沿钻孔的孔深方向伸入所述保护套并与所述探针固定连接、另一端为操作端,所述测量杆测量并输出所述探针所在的测试位置距离孔口的距离值;位移传感器,其位于所述保护套内部,所述位移传感器通过同步杆与所述探针连接,检测所述探针垂直作用于孔壁的位移并输出电信号;压力提供装置与压力传感器,所述压力提供装置的输出端与所述传动腔连通,并作用于所述活塞使其垂直于钻孔的孔深方向发生位移顶推所述探针,使其垂直作用于孔壁,所述压力传感器检测并输出所述压力提供装置输出的压力值;数据接收单元,其接收所述位移传感器输出的电信号、所述压力传感器输出的压力值、所述测量杆输出的距离值,并拟合成测试点的强度曲线,示出测试点的塑性区大小。优选的是,所述传动腔的剖面为类L形结构,其包括沿钻孔的孔深方向的第一滑动腔与垂直于钻孔的孔深方向的第二滑动腔,所述第一滑动腔与第二滑动腔贯通,所述第一滑动腔的敞开端与所述压力提供装置的输出端连通,所述第二滑动腔的敞开端供所述探针伸出,所述探针与所述活塞安装在所述第二滑动腔内部,所述第一滑动腔包括同轴线的内腔和外腔,所述内腔的入口端、所述外腔的入口端对齐、且与所述压力提供装置的输出端连通,所述内腔的轴向长度小于所述外腔的轴向长度,所述内腔的出口端敞开,所述外腔的出口端封闭,所述内腔与所述第二滑动腔相对的部分设有三个环形凹部,三个环形凹部分别设有与所述第二滑动腔贯通的气道,所述气道与所述外腔不贯通,且三个气道分别朝向所述活塞的两侧与中心、且连线位于所述活塞的同一直径上,第一滑动活塞、第二滑动活塞为规格尺寸一致的滑动密封件,所述第一滑动活塞、第二滑动活塞的外周均依次设有一对环形密封圈,所述第一滑动活塞、第二滑动活塞设置于所述内腔,所述压力输出装置未输出压力时,第一滑动活塞、第二滑动活塞不接触,且各自的一对环形密封圈分别与所述内腔的侧壁密封接触,所述第一滑动活塞与一侧的一个环形凹部重合的部分位于一对环形密封圈之间,所述第二滑动活塞与另一侧的一个环形凹部重合的部分位于一对环形密封圈之间,所述第一滑动腔与所述第二滑动腔不连通,所述压力输出装置输出压力时,第一滑动活塞、第二滑动活塞相向滑动至抵触,第一滑动活塞、第二滑动活塞的一对环形密封圈均与所述内腔的侧壁错位,且各自的一对环形密封圈位于三个环形凹部,气道连通所述第一滑动腔与所述第二滑动腔,所述探针被顶出。优选的是,所述保护套外周设有抵顶设备,其包括:匚形连杆,其设置在所述保护套外部、远离所述探针的一侧,所述匚形连杆的两个端部杆体与所述保护套的外壁固接,所述匚形连杆的中间段杆体沿钻孔的孔深方向设置、且设有外螺纹;一对抵顶件,所述抵顶件为轴线沿钻孔的孔深方向设置的圆柱形结构,所述抵顶件的偏心处设有带内螺纹的贯通孔,一对抵顶件与所述匚形连杆的中间段杆体螺接,所述抵顶件在旋转路径上某一位置时,其外周与钻孔的孔壁抵触;操作杆,其为轴线沿钻孔的孔深方向设置的杆状结构,所述操作杆固接于一对抵顶件,所述操作杆伸出所述钻孔的部分形成转动手柄。本专利技术至少包括以下有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.巷道塑性区分析方法,其特征在于,包括:步骤一、测量巷道的地应力数据和煤岩物理力学参数,理论计算或数值模拟巷道的模拟的塑性区范围,其包括测试点坐标‑模拟的塑性区大小的映射关系;步骤二、在巷道的煤体取测试点,钻孔,测量测试点发生孔壁脆性破坏时对应的巷道的实测的塑性区大小;步骤三、查询该测试点的模拟的塑性区大小,并根据该侧试点的实测的塑性区大小与模拟的塑性区大小的偏离程度,修正巷道的所有测试点的模拟的塑性区大小,获得巷道的塑性区范围。

【技术特征摘要】
1.巷道塑性区分析方法,其特征在于,包括:步骤一、测量巷道的地应力数据和煤岩物理力学参数,理论计算或数值模拟巷道的模拟的塑性区范围,其包括测试点坐标-模拟的塑性区大小的映射关系;步骤二、在巷道的煤体取测试点,钻孔,测量测试点发生孔壁脆性破坏时对应的巷道的实测的塑性区大小;步骤三、查询该测试点的模拟的塑性区大小,并根据该侧试点的实测的塑性区大小与模拟的塑性区大小的偏离程度,修正巷道的所有测试点的模拟的塑性区大小,获得巷道的塑性区范围。2.如权利要求1所述的巷道塑性区分析方法,其特征在于,步骤一具体为:按照巷道的实际采掘条件建立FLAC3D模型,测量巷道的地应力数据和煤岩物理力学参数,并对FLAC3D模型进行赋值,计算至平衡,开挖巷道,再次计算至平衡,得到包括测试点坐标-模拟的塑性区大小信息的云图,读取云图中的塑性区范围。3.如权利要求1所述的巷道塑性区分析方法,其特征在于,步骤二具体为:S1、在巷道的煤体取测试点,在该测试点垂直于巷道的煤体的方向钻孔;S2、在钻孔的孔深方向确定多个测试位置,测量每个测试位置到孔口的距离值,从孔口开始依次对每个测试位置的孔壁施加使孔壁发生脆性破坏的压力,记录该压力的压力数值,作为该测试位置承受的作用力的强度值;S3、将每个测试位置对应的距离值和强度值进行拟合生成该测试点的强度曲线,其为一距离值增加时的强度值上升曲线段;S4、从上升曲线段中读取最大的距离值,即为该测试点的塑性区大小。4.如权利要求3所述的巷道塑性区分析方法,其特征在于,钻孔深度不小于步骤一理论计算得到的巷道的模拟的塑性区范围。5.如权利要求3所述的巷道塑性区分析方法,其特征在于,每个测试位置包括第一测试位置和第二测试位置,第一测试位置和第二测试位置位于钻孔的同一剖面,且二者的连线与该剖面的一直径重合,测量第一测试位置和第二测试位置的孔壁发生脆性破坏时的压力数值并计算平均值,作为该测试位置的强度值。6.如权利要求1所述的巷道塑性区分析方法,其特征在于,步骤二的测试点包括两个,两个测试点位于巷道的同一剖面,且二者的连线与该剖面的一直径重合;分别测量两个测试点的实测的塑性区大小,计算两个测试点的实测的塑性区大小与模拟的塑性区大小的偏离程度,取平均值,用该平均值修正巷道的所有测试点的模拟的塑性区大小,获得巷道的塑性区范围。7.如权利要求2所述的巷道塑性区分析方法,其特征在于,步骤三具体为:在云图上读取该测试点的模拟的塑性区大小,用该测试点的实测的塑性区大小与模拟的塑性区大小作除数,得修正系数,根据修正系数修正所有测试点的模拟的塑性区大小:当修正系数在预设的阈值范围内,取所有测试点的模拟的塑性区大小构成巷道的塑性区范围;当修正系数不在预设的阈值范围内,将所有测试点的模拟的塑性区大小与修正系数相乘,计算结果构成巷道的塑性区范围。8.如权利要求3所述的巷道塑性区分析方法,其特征在于,测量测试点的塑性区大小采用测试设备进行,所述测试设备包括:强度探针装置,其包括保护套、探针、活塞、端面压板、侧面压板,所述保护套内设有传动腔,所述探针与所述活塞安装在所述传动腔内部,所述端面压板、侧面压板封装所述传动腔,所述侧面压板侧面预留有供所述探针伸出的通孔,所述探针与所述活塞固定连接...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴志刚吴拥政范明建汪占领郑仰发
申请(专利权)人:天地科技股份有限公司中国煤炭科工集团有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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