地下工程支护体系综合评价方法及设计方法技术

本发明专利技术涉及地下硐室支护技术领域，解决的技术问题为：如何降低支护体系的参数设计与实际受力情况的偏差。本发明专利技术公开了一种地下工程支护体系综合评价方法及设计方法，评价方法包括：对各型号的锚固构件分别进行动静耦合测试，获得最优锚固构件；将多个最优锚固构件分别与多个规格不同的支护构件组装成多个支护体系，对多个支护体系分别进行动静耦合测试，获得最优支护构件；将至少两个最优锚固构件和最优支护构件组装为最优支护体系；本发明专利技术的一种地下工程支护体系综合评价方法适用于地下工程支护参数的测试和设计，为地下工程支护体系的动静耦合力学性能综合测试以及参数设计提供依据。提供依据。提供依据。

【技术实现步骤摘要】
地下工程支护体系综合评价方法及设计方法


[0001]本专利技术涉及地下硐室支护
，特别是涉及一种地下工程支护体系综合评价方法及设计方法。

技术介绍

[0002]煤矿地下开采过程中巷道普遍采用锚固构件（锚固构件分为锚杆和锚索两种类型）和支护构件（支护构件包括支护网、支护横梁与支护立柱）组成的支护体系。随着矿井开采深度的增加，巷道面临越来越多的高地应力、强采动、断层破碎带等深部地质复杂条件，这对巷道支护体系的支护能力提出了更高要求。同时，支护系统受到静载与动载作用力的共同作用，支护材料内会形成复杂的应力。因此，支护材料性能的有效测试以及参数的合理设计是复杂条件巷道安全稳定控制的有效保障。
[0003]现有支护系统性能测试与参数设计方法存在下述问题：目前支护材料的室内力学性能测试大多是在静力加载与动力加载条件下进行的，无法有效模拟现场支护材料动静耦合受力的情况，导致支护体系的参数设计与实际受力情况存在偏差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种地下工程支护体系综合评价方法及设计方法，其优点是：由于采用动静耦合加载测试锚固构件以及支护体系，从而实现了有效模拟现场支护材料动静耦合受力的情况，从而实现了降低支护体系的参数设计与实际受力情况的偏差，对现场支护材料参数设计具有指导的价值。
[0005]本专利技术的一种地下工程支护体系综合评价方法，包括：对各型号的锚固构件分别进行动静耦合测试，获得最优锚固构件；将多个最优锚固构件分别与多个规格不同的支护构件组装成多个支护体系，对多个支护体系分别进行动静耦合测试，获得最优支护构件；将至少两个最优锚固构件和最优支护构件组装为最优支护体系；将最优支护体系安装于模拟支护现场进行试验，通过监测反馈优化。
[0006]优选的或可选的，还包括将多个最优支护体系的最优锚固构件间的排距设置为各不相同，并分别动静耦合测试，获得最优锚固构件排距的最优支护体系，并安装于模拟支护现场进行试验，通过监测反馈优化。
[0007]优选的或可选的，获得最优支护构件的动静耦合测试包括最优支护网动静耦合测试、最优支护横梁动静耦合测试和最优支护立柱动静耦合测试。
[0008]优选的或可选的，获得最优支护网动静耦合测试包括获得最优支护网型号的测试。
[0009]优选的或可选的，最优支护网动静耦合测试还包括获得最优支护网面积的测试。
[0010]优选的或可选的，最优支护网动静耦合测试还包括获得最优支护网层数的测试。
[0011]优选的或可选的，最优支护横梁动静耦合测试包括获得最优支护横梁型号的测
试。
[0012]优选的或可选的，最优支护立柱动静耦合测试包括获得最优立柱型号的测试。
[0013]优选的或可选的，动静耦合测试包括动静耦合拉伸测试、动静耦合剪切测试以及动静耦合扭剪测试。
[0014]本专利技术还提供一种地下工程支护体系设计方法，采用上述的地下工程支护体系综合评价方法所获取的最优测试参数。
[0015]本专利技术的一种地下工程支护体系综合评价方法及设计方法，相对于现有技术而言具有的优点是：由于采用动静耦合加载测试锚固构件以及支护体系，该支护体系设计的核心参数包括锚固构件型号、锚固构件预紧力、锚固构件间排距、支护网型号、支护网面积、支护网层数、支护横梁型号、支护立柱型号；将设计的支护参数进行现场应用，通过监测反馈优化。该方法适用于地下工程支护参数的测试和设计，可为地下工程支护体系的动静耦合力学性能综合测试以及参数设计提供依据。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的一种地下工程支护体系综合评价方法的流程图。
[0017]图2为本专利技术的一种地下工程支护体系综合评价方法的锚固构件的动静耦合拉伸测试状态示意图。
[0018]图3为本专利技术的一种地下工程支护体系综合评价方法的锚固构件的动静耦合拉剪测试状态示意图。
[0019]图4为本专利技术的一种地下工程支护体系综合评价方法的支护体系的动静耦合测试状态示意图。
[0020]图号说明1、锚固构件；2、落锤；3、中空油缸；4、支架；5、托盘；6、转动装置；7、拉伸装置；8、支护体系。
具体实施方式
[0021]下面结合附图的图1至图4对本专利技术的一种地下工程支护体系综合评价方法作进一步详细说明，下文所记载的锚固构件为锚杆或锚索，本领域技术人员可根据实际需要选择锚固构件的类型。
[0022]本专利技术的一种地下工程支护体系综合评价方法，包括：对各型号的锚固构件分别进行动静耦合测试，获得最优锚固构件。优选对各型号的锚固构件分别进行动静耦合拉伸测试、动静耦合剪切测试以及动静耦合扭剪测试。
[0023]对各型号的锚固构件分别进行动静耦合测试得到锚固构件的拉伸破断力为F
MG
‑
T
‑
I
，锚固构件的切破断力为F
MG
‑
S
‑
II
；将拉伸破断力F
MG
‑
T
‑
I
与切破断力F
MG
‑
S
‑
II
代入计算公式，其中α+β=1，α、β为比例系数，计算得出相对应最优的锚固构件型号T
MG
、锚固构件预紧扭矩M
MG
。
[0024]将多个最优锚固构件分别与多个规格不同的支护构件组装成多个支护体系，对多个支护体系分别进行动静耦合测试，获得最优支护构件。其中，支护构件包括支护网、支护横梁、和支护立柱。例如，支护横梁包括两个顶部横梁和两个底部横梁，各个横梁上均开设
有多个通孔，以安装锚固构件。
[0025]例如，对多个支护体系分别进行动静耦合拉伸测试。
[0026]例如，对多个支护体系分别进行动静耦合剪切测试。
[0027]例如，对多个支护体系分别进行动静耦合扭剪测试。
[0028]例如，对多个支护体系分别进行动静耦合拉伸测试、动静耦合剪切测试以及动静耦合扭剪测试。
[0029]将至少两个最优锚固构件和最优支护构件组装为最优的支护体系8，将最优的支护体系8安装于模拟支护现场进行试验，通过监测反馈优化。
[0030]如图2和图3所示，上述的动静耦合测试通过动静耦合测试设备进行试验。
[0031]如图2所示，在需要对锚固构件1进行动静耦合拉伸加载试验时，将锚固构件1穿过落锤2的通孔、中空油缸3的空腔，并将锚固构件1的上端部悬吊安装于支架4的上端，将锚固构件1的下端部安装托盘5，中空油缸3对托盘5加载静态力，落锤2的下端穿过中空油缸3对托盘5加载动态力，第一力传感器检测落锤2的动态力，第二力传感器检测中空油缸3的静态力，数据采集设备分别记录动态力和静态力的数据。
[0032]在需要对锚固构件1进行动静耦合剪切加载试验时，将锚固构件1的两端分别固定在转动装置6的第一夹具和拉伸装置7的第二夹具上，中空油缸3对锚固构件1加载垂直的静态力，落本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下工程支护体系综合评价方法，其特征在于，包括：对各型号的锚固构件分别进行动静耦合测试，获得最优锚固构件；将多个最优锚固构件分别与多个规格不同的支护构件组装成多个支护体系，对多个支护体系分别进行动静耦合测试，获得最优支护构件；将至少两个最优锚固构件和最优支护构件组装为最优支护体系；将最优支护体系安装于模拟支护现场进行试验，通过监测反馈优化。2.根据权利要求1所述的地下工程支护体系综合评价方法，其特征在于，还包括将多个最优支护体系的最优锚固构件间的排距设置为各不相同，并分别动静耦合测试，获得最优支护体系的最优锚固构件排距，并安装于模拟支护现场进行试验，通过监测反馈优化。3.根据权利要求2所述的地下工程支护体系综合评价方法，其特征在于，获得最优支护构件的动静耦合测试包括最优支护网动静耦合测试、最优支护横梁动静耦合测试和最优支护立柱动静耦合测试。4.根据权利要求3所述的地下工程支护体系综合评价方法，其特征在于，获得最优支护网动静耦合测试包括获得最优支护网型号测试、最优支护网面积测试以及最优支护网层数测试。5.根据权利要求4所述的地下工程支护体系综合评价方法，其特征在于，最优支护横梁动静耦合测试包括获得最优支护横梁型号的测试。6.根据权利要求5所述的地下工程支护体系综合评价方法，其特征在于，最优支护立柱动静耦合测试包括获得最优立柱型号的测试。7.根据权利要求6所述的地下工程支护体系综合评价方法，其特征在于，对各个支护体系分别进行动静耦合测试，得到锚固构件拉伸力为F
MG
‑
T
‑
III
、支护网挠度N
W
‑
III
、支护横梁受力F
B
‑
III
、支护立柱受力F
P
‑
III
，将F
MG
‑
T
‑
III
、N
W
‑
III
、F
B
‑
III
与F
P

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，蒋振华，章冲，江贝，王帅，
申请(专利权)人：北京力岩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：