一种巷道拱架稳定性测评方法和系统技术方案

本申请提供了一种巷道拱架稳定性测评方法和系统，包括：确定拱架内监测点和拱架外监测点；根据拱架平面内的径向受力和地应力，计算拱架平面内的受力变化率；根据拱架平面内的径向位移和巷道跨度，计算拱架平面内的位移变化率；根据拱架平面外的轴向应力和屈服强度，计算拱架平面外的应力变化率；根据拱架平面外的轴向位移和拱架排距，计算拱架平面外的位移变化率；根据拱架平面内的受力变化率、位移变化率，计算平面内稳定刚度；根据拱架平面外的应力变化率、位移变化率，计算平面外稳定刚度；根据平面内稳定刚度及其预设分配权重和对应的平面外稳定刚度及其预设分配权重，计算总稳定刚度；根据总稳定刚度及其预设分配权重，确定拱架稳定刚度。定拱架稳定刚度。定拱架稳定刚度。

【技术实现步骤摘要】
一种巷道拱架稳定性测评方法和系统


[0001]本申请涉及煤矿支护
，特别涉及一种巷道拱架稳定性测评方法和系统。

技术介绍

[0002]随着煤矿开采深度、强度的不断增加，尤其进入深部千米级以后，锚网喷支护技术难以形成稳定、有效的承载结构，而以拱架为核心的支护是目前煤矿深部巷道常用的高强支护体系，但是拱架在使用过程中容易出现屈曲、折断现象，说明拱架的失稳破坏是一种平面内、外的组合失稳形式。但是目前针对拱架现场使用情况主要集中于平面内受力监测，导致对拱架整体稳定性分析不足。
[0003]目前，现场监测拱架主要选取若干个测点，采用压力表监测径向受力，辅以位移测量，没有涉及到沿巷道轴向方向即拱架平面外的监测，使得对拱架的受力和变形缺乏较为全面的认知，无法有效的评价拱架的稳定性。
[0004]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种巷道拱架稳定性测评方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
[0006]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0007]本申请提供了一种巷道拱架稳定性测评方法，包括：步骤S101、确定所述巷道拱架关键部位的多个拱架内监测点和多个拱架外监测点；其中，多个所述拱架内监测点与多个所述拱架外监测点一一对应；步骤S102、根据测量的每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的径向受力F
i
和所述巷道的地应力P，计算每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的受力变化率η
1i
；以及，根据测量的每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的径向位移S
i
和巷道跨度D，计算每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的位移变化率η
2i
；以及，根据测量每一个所述拱架外监测点处所述巷道拱架平面外的轴向应力T
i
和所述巷道拱架的屈服强度Q，计算每一个所述拱架外监测点处所述巷道拱架平面外的应力变化率η
3i
；以及，根据测量每一个所述拱架外监测点处所述巷道拱架平面外的轴向位移L
i
和所述巷道拱架的拱架排距R，计算每一个所述拱架外监测点处所述巷道拱架平面外的位移变化率η
4i
；其中，i＝1,2
…
n；n取正整数，表示所述巷道拱架上所述关键部位的数量；步骤S103、根据每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的受力变化率η
1i
、位移变化率η
2i
，计算每一个所述拱架内监测点处的平面内稳定刚度K
内i
；以及，根据每一个所述拱架外监测点处所述巷道拱架平面外的应力变化率η
3i
、位移变化率η
4i
，计算每一个所述拱架外监测点处的平面外稳定刚度K
外i
；步骤S104、根据每一个所述拱架内监测点处的所述平面内稳定刚度K
内i
及其预设分配权重α
内i
，和，对应的所述拱架外监测点处的所述平面外稳定刚度K
外i
及其预设分配权重α
外i
，计算每一对应的所述拱架内监测点、所述拱架外监测点处的总稳定刚度K
i
；步骤S105、根据每一对应的所述拱架内监测点、所述拱架外监测点处所
述巷道拱架的总稳定刚度K
i
及其预设分配权重β
i
，确定拱架稳定刚度K；其中，所述拱架稳定刚度K表征所述巷道拱架的稳定性。
[0008]优选的，在步骤S101中，所述确定所述巷道拱架关键部位的多个拱架内监测点和多个拱架外监测点包括：沿顺时针方向在所述巷道拱架的左右拱腿、左右拱腰、左右拱肩和拱顶分别对应布设所述拱架内监测点和所述拱架外监测点。
[0009]优选的，在步骤S102中，在每个所述拱架外监测点处，将选择的所述巷道的测试拱架分别通过连接测量件连接所述巷道拱架的前后拱架部分，以获取每一所述拱架外监测点处的所述轴向位移L
i
；其中，所述测试拱架位于所述巷道拱架的前、后拱架部分之间。
[0010]优选的，所述连接测量件包括：弹簧和可伸缩刻度尺；所述可伸缩刻度尺具有可相对滑移的主刻度尺和副刻度尺，所述主刻度尺和所述副刻度尺能够随所述弹簧的伸缩而相对移动，用于对所述弹簧的伸缩行程进行测量；对应的，所述轴向位移L
i
为所述测试拱架与相邻前、后拱架部分连接处的所述弹簧的拉伸和压缩的位移之和。
[0011]优选的，在步骤S102中，沿所述巷道拱架所在巷道的轴向，在所述测试拱架的内侧面与所述拱架外监测点相对应的位置布设应变片，以获取所述拱架外监测点处的所述轴向应力T
i
。
[0012]优选的，在步骤S104中，根据每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的径向位移S
i
，确定对应所述拱架内监测点处的所述平面内稳定刚度K
内i
的预设分配权重α
内i
；或者，根据每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的径向受力F
i
，确定对应所述拱架内监测点处的所述平面内稳定刚度K
内i
的预设分配权重α
内i
。
[0013]优选的，在步骤S105中，根据每一所述拱架内监测点处的巷道的径向受力F
i
和对应的所述拱架外监测点处的轴向应力T
i
，确定对应的所述拱架内监测点、所述拱架外监测点处所述巷道拱架的总稳定刚度K
i
的预设分配权重β
i
。
[0014]优选的，在步骤S105之后，所述巷道拱架稳定性测评方法还包括：步骤S106、根据所述拱架稳定刚度K和预设的拱架标准刚度K0，对所述巷道拱架进行调节，以使所述拱架稳定刚度K不大于所述拱架标准刚度K0。
[0015]优选的，在步骤S106中，响应于所述拱架稳定刚度K小于预设的拱架标准刚度K0，对所述巷道拱架的多个所述监测点对应处进行加强或更换，直至所述拱架稳定刚度K不大于所述拱架标准刚度K0。
[0016]本申请实施例还提供一种巷道拱架稳定性测评系统，包括：监测点确定单元，配置为确定所述巷道拱架的多个拱架内监测点和多个拱架外监测点；其中，多个所述拱架内监测点与多个所述拱架外监测点一一对应；变化率计算单元，配置为：根据测量的每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的径向受力F
i
和所述巷道的地应力P，计算每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的受力变化率η
1i
；以及，根据测量的每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的径向位移S
i
和巷道跨度D，计算每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的位移变化率η
2i
；以及，根据测量每一个所述拱架外监测点处所述巷道拱架平面外的轴向应力T...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种巷道拱架稳定性测评方法，其特征在于，包括：步骤S101、确定所述巷道拱架关键部位的多个拱架内监测点和多个拱架外监测点；其中，多个所述拱架内监测点与多个所述拱架外监测点一一对应；步骤S102、根据测量的每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的径向受力F
i
和所述巷道的地应力P，计算每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的受力变化率η
1i
；以及，根据测量的每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的径向位移S
i
和巷道跨度D，计算每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的位移变化率η
2i
；以及，根据测量每一个所述拱架外监测点处所述巷道拱架平面外的轴向应力T
i
和所述巷道拱架的屈服强度Q，计算每一个所述拱架外监测点处所述巷道拱架平面外的应力变化率η
3i
；以及，根据测量每一个所述拱架外监测点处所述巷道拱架平面外的轴向位移L
i
和所述巷道拱架的拱架排距R，计算每一个所述拱架外监测点处所述巷道拱架平面外的位移变化率η
4i
；其中，i＝1，2
…
n；n取正整数，表示所述巷道拱架上所述关键部位的数量；步骤S103、根据每一个所述拱架内监测点处所述巷道拱架平面内的受力变化率η
1i
、位移变化率η
2i
，计算每一个所述拱架内监测点处的平面内稳定刚度K
内i
；以及，根据每一个所述拱架外监测点处所述巷道拱架平面外的应力变化率η
3i
、位移变化率η
4i
，计算每一个所述拱架外监测点处的平面外稳定刚度K
外i
；步骤S104、根据每一个所述拱架内监测点处的所述平面内稳定刚度K
内i
及其预设分配权重α
内i
，和，对应的所述拱架外监测点处的所述平面外稳定刚度K
外i
及其预设分配权重α
外i
，计算每一对应的所述拱架内监测点、所述拱架外监测点处的总稳定刚度K
i
；步骤S105、根据每一对应的所述拱架内监测点、所述拱架外监测点处所述巷道拱架的总稳定刚度K
i
及其预设分配权重β
i
，确定拱架稳定刚度K；其中，所述拱架稳定刚度K表征所述巷道拱架的稳定性。2.根据权利要求1所述的巷道拱架稳定性测评方法，其特征在于，在步骤S101中，所述确定所述巷道拱架关键部位的多个拱架内监测点和多个拱架外监测点包括：沿顺时针方向在所述巷道拱架的左右拱腿、左右拱腰、左右拱肩和拱顶分别对应布设所述拱架内监测点和所述拱架外监测点。3.根据权利要求1所述的巷道拱架稳定性测评方法，其特征在于，在步骤S102中，在每个所述拱架外监测点处，将选择的所述巷道的测试拱架分别通过连接测量件连接所述巷道拱架的前后拱架部分，以获取每一所述拱架外监测点处的所述轴向位移L
i
；其中，所述测试拱架位于所述巷道拱架的前、后拱架部分之间。4.根据权利要求3所述的巷道拱架稳定性测评方法，其特征在于，所述连接测量件包括：弹簧和可伸缩刻度尺；所述可伸缩刻度尺具有可相对滑移的主刻度尺和副刻度尺，所述主刻度尺与所述副刻度尺能够随所述弹簧的伸缩而相对移动，用于对所述弹簧的伸缩行程进行测量；对应的，所述轴向位移L
i
为所述测试拱架与相邻前、后拱架部分连接处的所述弹簧的拉伸和压缩的位移之和。5.根据权利要求3所述的巷道拱架稳定性测评方法，其特征在于，在步骤S102中，沿所述巷道拱架所在巷道的轴向，在所述测试拱架的内侧面与所述拱架外监测点相对
应的位置布设应变片，以获取所述拱架外监测点处的所述轴向应力T
i
。6.根据权利要求1所述的巷道拱架稳定性测评方法，其特征在于，在步骤S 104中，根据每一个所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘锐，杜文正，蔡毅，黄厚旭，王凤云，叶中豹，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，
类型：发明
国别省市：