一种巷道开挖后应力场偏转的测试分析方法和系统技术方案

本申请提供一种巷道开挖后应力场偏转的测试分析方法和系统。该方法包括：沿巷道轴向，在巷道内的左拱肩、右拱肩处分别布置绞线

A test and analysis method and system of stress field deflection after roadway excavation

【技术实现步骤摘要】
一种巷道开挖后应力场偏转的测试分析方法和系统


[0001]本申请涉及煤矿巷道支护
，特别涉及一种巷道开挖后应力场偏转的测试分析方法和系统。

技术介绍

[0002]煤矿等资源对经济的发展具有重要作用，但随着煤炭浅部资源的枯竭，煤炭开采深度、强度的不断增加，在巷道开挖后，表面易发生位移偏转、扭转破坏。
[0003]在现场进行巷道返修时，发现巷道中锚杆及锚杆索在使用过程中容易出现屈曲、扭剪变形等，这说明巷道开挖后出现的失稳破坏是一种扭剪破坏，但是，目前针对巷道开挖后的受力、变形的监测，主要集中在平面内，导致对巷道稳定性评价不足。
[0004]因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种巷道开挖后应力场偏转的测试分析方法和系统，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]本申请提供一种巷道开挖后应力场偏转的测试分析方法，包括：步骤S101、沿巷道轴向，在巷道内的左拱肩、右拱肩处分别布置绞线
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弹簧装置；其中，所述绞线弹簧装置用于对巷道的轴向位移偏转角进行监测；步骤S102、确定巷道的预设监测点处的初始位置、终止位置以及所述绞线
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弹簧装置的初始位置、终止位置；其中，所述预设监测点包括：拱顶、左拱肩、右拱肩、左拱脚、右拱脚；步骤S103、根据所述预设监测点处的初始位置、所述预设监测点处的终止位置、以及所述绞线
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弹簧装置的初始位置和终止位置，确定巷道的轴向位移偏转角、水平位移偏转角和垂直位移偏转角。
[0008]优选的，在步骤S102中，以巷道的监测断面的拱顶正下方底板处为基准点G，确定预设监测点处的初始位置以及所述绞线
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弹簧装置的初始位置；其中，所述预设监测点处的初始位置包括：所述拱顶的初始位置H0、所述左拱肩的初始位置Z0、所述右拱肩的初始位置Y0、巷道的左拱脚的初始位置K0、巷道的右拱脚的初始位置V0，所述绞线
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弹簧装置的初始位置包括：左端点的初始位置ZJ0、右端点的初始位置ZT0。
[0009]优选的，在步骤S102中，响应于巷道开挖后，巷道的位移变化率小于预设位移阈值，确定所述预设监测点处的终止位置，以及所述绞线
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弹簧装置的终止位置；其中，所述预设监测点处的终止位置包括：所述拱顶的终止位置H1、所述左拱肩的终止位置Z1、所述右拱肩的终止位置Y1、所述左拱脚的终止位置K1、所述右拱脚的终止位置V1；所述绞线
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弹簧装置的终止位置包括：左端点的终止位置ZJ1、右端点的终止位置ZT1。
[0010]优选的，在步骤S103中，按照公式：
[0011][0012]确定所述巷道的轴向位移偏转角θ0；其中，A表示所述绞线
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弹簧装置的左端点的初始位置ZJ0、右端点的初始位置ZT0的距离；B表示所述绞线
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弹簧装置的左端点的初始位置ZJ0、空间位置ZJ2的距离；C表示右端点的初始位置ZT0、所述空间位置ZJ2的距离；所述空间位置ZJ2为所述绞线
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弹簧装置的右端点的终止位置ZT1拟合到右端点初始位置ZT0处时，左端点的终止位置ZJ1相对应的拟合位置。
[0013]优选的，在步骤S103中，按照公式：
[0014][0015]确定所述巷道的水平位移偏转角θ1；
[0016]其中，D表示交点O与所述右拱脚的初始位置V0的距离；F表示所述交点O与所述右拱脚的终止位置V1的距离；E表示所述右拱脚的终止位置V1和所述右拱脚的初始位置V0的距离；所述交点O为所述左拱脚的终止位置K1、所述右拱脚的终止位置V1的连线与所述左拱脚的初始位置K0、所述右拱脚的初始位置V0的连线的交点。
[0017]优选的，在步骤S103中，按照公式：
[0018][0019]确定巷道的垂直位移偏转角θ2；其中，W表示所述拱顶的初始位置H0与所述基准点G的距离；Y表示所述拱顶的终止位置H1与所述基准点G的距离；Z表示所述拱顶的初始位置H0与所述拱顶的终止位置H1的距离。
[0020]优选的，在步骤S103之后，还包括：沿巷道轴向，将巷道划分为N段，对每一段均执行步骤S101至步骤S103，对得到每一段的轴向位移偏转角、水平位移偏转角和垂直位移偏转角进行拟合得到巷道的整体偏转角；其中，N为正整数。
[0021]优选的，所述绞线
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弹簧装置包括多个依次交替首尾相连的绞线部和弹簧部，所述绞线部的长度大于所述弹簧部的长度，所述弹簧部的下沉量小于预设下沉阈值。
[0022]优选的，所述左拱脚的初始位置K0和所述右拱脚的初始位置V0位于同一水平直线上。
[0023]本申请实施例还提供一种巷道开挖后应力场偏转的测试分析系统，包括：安装单元，配置为沿巷道轴向，在巷道内的左拱肩、右拱肩处分别布置绞线
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弹簧装置；其中，所述绞线
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弹簧装置用于对巷道的轴向位移偏转角进行监测；位置记录单元，配置为确定巷道的预设监测点处的初始位置、终止位置以及所述绞线
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弹簧装置的初始位置、终止位置；偏转角计算单元，配置为根据所述预设监测点处的初始位置、所述预设监测点处的终止位置、以及所述绞线
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弹簧装置的初始位置和终止位置，确定巷道的轴向位移偏转角、水平位移偏转角和垂直位移偏转角。
[0024]有益效果：
[0025]本申请提供的技术方案中，首先，沿巷道轴向，在巷道内的左拱肩、右拱肩处分别布置绞线
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弹簧装置；其中，所述绞线
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弹簧装置用于对巷道的轴向位移偏转角进行监测；然后，通过确定的巷道预设监测点处的初始位置、终止位置以及布置的绞线
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弹簧装置的初始位置、终止位置，计算巷道的轴向位移偏转角、水平位移偏转角和垂直位移偏转角。籍此，能
够对巷道的受扭剪曲面破坏进行预测，更贴近巷道开挖现场实际，得到巷道开挖后应力场偏转的真实情况，使得巷道开挖支护更加具有针对性，有助于判断出巷道受力集中或复杂的关键位置，提前预警，进行超前补强支护。
附图说明
[0026]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
[0027]图1为根据本申请的一些实施例提供的一种巷道开挖后应力场偏转的测试分析方法的流程示意图；
[0028]图2为根据本申请的一些实施例提供的绞线
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弹簧装置的结构示意图；
[0029]图3为根据本申请的一些实施例提供的巷道局部应力场偏转测试示意图；
[0030]图4为根据本申请的一些实施例提供的对巷道进行等间距划分后进行应力偏转场测试的示意图；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种巷道开挖后应力场偏转的测试分析方法，其特征在于，包括：步骤S101、沿巷道轴向，在巷道内的左拱肩、右拱肩处分别布置绞线
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弹簧装置；其中，所述绞线弹簧装置用于对巷道的轴向位移偏转角进行监测；步骤S102、确定巷道的预设监测点处的初始位置、终止位置以及所述绞线
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弹簧装置的初始位置、终止位置；其中，所述预设监测点包括：拱顶、左拱肩、右拱肩、左拱脚、右拱脚；步骤S103、根据所述预设监测点处的初始位置、所述预设监测点处的终止位置、以及所述绞线
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弹簧装置的初始位置和终止位置，确定巷道的轴向位移偏转角、水平位移偏转角和垂直位移偏转角。2.根据权利要求1所述的巷道开挖后应力场偏转的测试分析方法，其特征在于，在步骤S102中，以巷道的监测断面的拱顶正下方底板处为基准点G，确定预设监测点处的初始位置以及所述绞线
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弹簧装置的初始位置；其中，所述预设监测点处的初始位置包括：所述拱顶的初始位置H0、所述左拱肩的初始位置Z0、所述右拱肩的初始位置Y0、巷道的左拱脚的初始位置K0、巷道的右拱脚的初始位置V0，所述绞线
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弹簧装置的初始位置包括：左端点的初始位置ZJ0、右端点的初始位置ZT0。3.根据权利要求1所述的巷道开挖后应力场偏转的测试分析方法，其特征在于，在步骤S102中，响应于巷道开挖后，巷道的位移变化率小于预设位移阈值，确定所述预设监测点处的终止位置，以及所述绞线
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弹簧装置的终止位置；其中，所述预设监测点处的终止位置包括：所述拱顶的终止位置H1、所述左拱肩的终止位置Z1、所述右拱肩的终止位置Y1、所述左拱脚的终止位置K1、所述右拱脚的终止位置V1；所述绞线
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弹簧装置的终止位置包括：左端点的终止位置ZJ1、右端点的终止位置ZT1。4.根据权利要求1所述的巷道开挖后应力场偏转的测试分析方法，其特征在于，在步骤S103中，按照公式：确定所述巷道的轴向位移偏转角θ0；其中，A表示所述绞线
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弹簧装置的左端点的初始位置ZJ0、右端点的初始位置ZT0的距离；B表示所述绞线
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弹簧装置的左端点的初始位置ZJ0、空间位置ZJ2的距离；C表示右端点的初始位置ZT0、所述空间位置ZJ2的距离；所述空间位置ZJ2为所述绞线
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弹簧装置的右端点的终止位置ZT...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘锐，杜文正，杨本水，郝英奇，陈旭东，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，
类型：发明
国别省市：