岩爆等级原位评价与控制设计方法技术

本发明专利技术涉及一种岩爆等级原位评价与控制设计方法，涉及地下工程安全技术领域。所述方法采用智能钻机进行围岩套孔应力解除钻进测试，获取围岩最大主应力、智能钻机随钻参数和预设钻头参数；根据随钻参数和钻头参数，确定围岩的等效抗压强度；根据围岩等效抗压强度和最大主应力，确定围岩岩爆等级，根据岩爆等级进行岩爆控制联合支护体系设计。本发明专利技术可以降低岩爆发生的风险，保证施工安全。保证施工安全。保证施工安全。

【技术实现步骤摘要】
岩爆等级原位评价与控制设计方法


[0001]本申请涉及地下工程安全
，特别是涉及一种岩爆等级原位评价与控制设计方法。

技术介绍

[0002]岩爆是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射的现象，多发生在强度高、厚度大的坚硬岩（煤）层中，主要影响因素包括岩（煤）层顶底板条件、原岩应力、埋深等。目前，随着浅部煤炭资源的枯竭，深部煤矿开采将成为常态。由于深部岩石力学行为与浅部存在明显区别以及深部岩层环境的复杂性，在深部煤矿开采中发生的以岩爆、冲击地压为代表的动力灾害事故相比浅部在程度上加剧、频度上提高。尤其对于埋深大、应力高、地质构造复杂的巷道，极易出现强烈动力现象，对施工人员和设备造成巨大威胁，同时增加施工成本，影响施工进度。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种岩爆等级原位评价与控制设计方法。
[0004]第一方面，提供了一种岩爆等级原位评价方法，所述方法包括：采用智能钻机进行围岩套孔应力解除钻进测试，获取围岩最大主应力、智能钻机随钻参数和预设钻头参数；根据所述随钻参数和所述钻头参数，确定所述围岩的岩体等效抗压强度；根据所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力，确定所述围岩的岩爆等级，根据所述岩爆等级进行岩爆控制联合支护体系的设计。
[0005]作为一种可选的实施方式，所述智能钻机采用取芯数字解析钻头，所述取芯数字解析钻头包括方形复合片和实心钢制胎体，所述方形复合片镶嵌于所述实心钢制胎体中，形成所述取芯数字解析钻头的钻头切削刃。
[0006]作为一种可选的实施方式，所述随钻参数包括钻进速度、钻头转速、钻进扭矩和钻进压力，所述钻头参数包括所述取芯数字解析钻头的钻头切削刃与孔底岩石间的摩擦系数、钻头半径和钻头切削刃长度，所述根据所述随钻参数和所述钻头参数，确定所述围岩的岩体等效抗压强度的公式为：其中，表示岩体等效抗压强度，V表示钻进速度，N表示钻头转速，M表示钻进扭矩，F表示钻进压力，μ表示钻头切削刃与孔底岩石间的摩擦系数，R
c
表示钻头半径，l表示钻头切削刃长度，a表示第一拟合系数，b表示第二拟合系数。
[0007]作为一种可选的实施方式，所述根据所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力，确定所述围岩的岩爆等级，包括：
如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值小于或等于第一预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为极强岩爆；如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值大于第一预设阈值，且小于或等于第二预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为强烈岩爆；如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值大于第二预设阈值，且小于或等于第三预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为中等岩爆；如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值大于第三预设阈值，且小于或等于第四预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为轻微岩爆；如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值大于第四预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为无岩爆。
[0008]作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：根据所述随钻参数，通过液压伺服阀动态调整进油量，控制所述智能钻机的所述钻进速度和所述钻头转速保持恒定，或控制所述智能钻机的所述钻进压力和所述钻头转速保持恒定，以使所述智能钻机以恒钻进速度和恒钻头转速，或所述恒钻头转速和恒钻进压力进行钻进。
[0009]第二方面，提供了一种岩爆控制设计方法，所述方法包括：利用如权利要求1至5任一项所述的一种岩爆等级原位评价方法，确定围岩的岩爆等级；根据所述岩爆等级动态设计岩爆控制联合支护体系的支护参数，所述支护参数包括柔性抗爆网直径和筋间距、高预应力吸能锚固支护构件的间排距和长度中的一种或多种；将所述柔性抗爆网组装并铺设固定于所述围岩上；安装所述高预应力吸能锚固支护构件，采用锚固剂进行快速锚固，并快速对所述高预应力吸能锚固支护构件施加高预应力。
[0010]作为一种可选的实施方式，在所述岩爆控制设计方法的施工区域安装有监测元件，所述监测元件包括锚杆轴力计、围岩位移计和微震监测传感器，所述方法还包括：通过所述监测元件分别采集施工区域内的锚杆轴力、围岩变形量和岩体破裂微震特征；根据所述锚杆轴力、所述围岩变形量和所述岩体破裂微震特征对岩爆控制效果进行评价，得到评价结果；根据所述评价结果动态优化所述支护参数。
[0011]作为一种可选的实施方式，所述岩爆控制联合支护体系为“柔性抗爆网
‑
高预应力吸能锚固支护构件”岩爆控制联合支护体系，包括柔性抗爆网和高预应力吸能锚固支护构件，所述柔性抗爆网具有高强度、高延伸率、耐腐蚀的特点，所述高预应力吸能锚固支护构件具有高恒阻、高吸能、高延伸率的特点，能够快速施加高预应力，以使开挖后的围岩能够及时获得应力补偿，所述高预应力吸能锚固支护构件包括高预应力吸能锚杆和高预应力吸能锚索。
[0012]第三方面，提供了一种岩爆等级原位评价与控制设计系统，所述系统包括：智能钻机，用于执行围岩的套孔应力解除钻进测试，并采集钻进过程中的随钻参
数；应变式传感器，用于采集所述围岩在套孔应力解除钻进测试中的应变值；主控装置，用于获取所述智能钻机的随钻参数和预设的钻头参数，根据所述随钻参数和所述钻头参数，确定所述围岩的岩体等效抗压强度；所述主控装置，还用于获取所述围岩在套孔应力解除钻进测试中的应变值，根据所述应变值确定所述围岩的最大主应力；所述主控装置，还用于根据所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力，确定所述围岩的岩爆等级。
[0013]作为一种可选的实施方式，所述随钻参数包括钻头转速、钻进压力、钻进扭矩和钻进速度，所述智能钻机包括取芯数字解析钻头、高精度转速传感器、高精度压力传感器、高精度扭矩传感器和高精度位移传感器，所述取芯数字解析钻头用于在套孔应力解除钻进测试的过程中对所述围岩的岩芯进行应力解除，所述高精度转速传感器、高精度压力传感器、高精度扭矩传感器和高精度位移传感器分别用于采集所述围岩在套孔应力解除钻进测试的过程中所述智能钻机的所述钻头转速、所述钻进压力、所述钻进扭矩和所述钻进速度。
[0014]作为一种可选的实施方式，所述取芯数字解析钻头包括方形复合片和实心钢制胎体，所述方形复合片镶嵌于所述实心钢制胎体中，形成所述取芯数字解析钻头的钻头切削刃。
[0015]作为一种可选的实施方式，所述主控装置，具体用于：如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值小于或等于第一预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为极强岩爆；如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值大于第一预设阈值，且小于或等于第二预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为强烈岩爆；如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值大于第二预设阈值，且小于或等于第三预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为中等岩爆；如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值大于第三预设阈值，且小于或等于第四预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为轻微岩爆；如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值大于第四预设阈值，则确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩爆等级原位评价方法，其特征在于，所述方法包括：采用智能钻机进行围岩套孔应力解除钻进测试，获取围岩最大主应力、智能钻机随钻参数和预设钻头参数；根据所述随钻参数和所述钻头参数，确定所述围岩的岩体等效抗压强度；根据所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力，确定所述围岩的岩爆等级，根据所述岩爆等级进行岩爆控制联合支护体系的设计。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能钻机采用取芯数字解析钻头，所述取芯数字解析钻头包括方形复合片和实心钢制胎体，所述方形复合片镶嵌于所述实心钢制胎体中，形成所述取芯数字解析钻头的钻头切削刃。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述随钻参数包括钻进速度、钻头转速、钻进扭矩和钻进压力，所述钻头参数包括所述取芯数字解析钻头的钻头切削刃与孔底岩石间的摩擦系数、钻头半径和钻头切削刃长度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力，确定所述围岩的岩爆等级，包括：如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值小于或等于第一预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为极强岩爆；如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值大于第一预设阈值，且小于或等于第二预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为强烈岩爆；如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值大于第二预设阈值，且小于或等于第三预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为中等岩爆；如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值大于第三预设阈值，且小于或等于第四预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为轻微岩爆；如果所述岩体等效抗压强度和所述最大主应力的比值大于第四预设阈值，则确定所述围岩的岩爆等级为无岩爆。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述随钻参数，通过液压伺服阀动态调整进油量，控制所述智能钻机的所述钻进速度和所述钻头转速保持恒定，或控制所述智能钻机的所述钻进压力和所述钻头转速保持恒定，以使所述智能钻机以恒钻进速度和恒钻头转速，或所述恒钻头转速和恒钻进压力进行钻进。6.一种岩爆控制设计方法，其特征在于，所述方法包括：利用如权利要求1至5任一项所述的一种岩爆等级原位评价方法，确定围岩的岩爆等级；根据所述岩爆等级动态设计岩爆控制联合支护体系的支护参数，所述支护参数包括柔性抗爆网直径和筋间距、高预应力吸能锚固支护构件的间排距和长度中的一种或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，吴文瑞，江贝，高红科，黄玉兵，王悦，
申请(专利权)人：北京力岩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：