基于支护强度的冲击地压巷道防冲支架选型方法技术

本发明专利技术涉及巷道支护技术领域，公开一种基于支护强度的冲击地压巷道防冲支架选型方法。支护强度的确定方法包括：确定与回采影响区巷道的第一等效地应力；根据巷道的系统方程、所述巷道的围岩的位移、所述第一等效地应力及破碎区对软化区的第一边界应力，确定所述第一等效地应力下的围岩

【技术实现步骤摘要】
基于支护强度的冲击地压巷道防冲支架选型方法


[0001]本专利技术涉及巷道支护
，具体地涉及一种基于支护强度的冲击地压巷道防冲支架选型方法。

技术介绍

[0002]冲击地压是煤矿严重的动力灾害之一，是当今岩石力学界和采矿界共同面临的世界级难题。纵观冲击致灾的整个物理过程，虽然冲击地压往往在毫秒级至秒级的瞬间完成，但其仍然可分为冲击启动点前的孕育阶段和冲击启动点后的破坏阶段。然而，现有的巷道支护设计方法及装备选型方法未充分考虑工作面的回采对超前巷道的加载作用效应，也无法实现对冲击地压巷道围岩
‑
支架互馈平衡状态的定量分析，更无法实现基于支护强度对防冲支架装备进行精确选型。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于支护强度的冲击地压巷道防冲支架选型方法，其考虑了工作面的回采对超前巷道的加载作用效应，可定量地确定冲击地压巷道“围岩与支架”变形协调响应和互馈平衡关系，由此可精确地确定待选型的液压支架对围岩的支护强度，进而可基于所述支护强度实现巷道防冲液压支架的参数化选型。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种支护强度的确定方法，所述确定方法包括：确定回采影响区巷道的第一等效地应力；根据所述巷道的系统方程、所述巷道的围岩的位移与破碎区半径之间的函数关系、所述第一等效地应力及所述第一等效地应力下的破碎区对软化区的第一边界应力同巷道空间所需的第一支护强度与破碎区半径两者之间的函数关系，确定所述第一等效地应力下的第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线；确定所述第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线的第一支护平衡点；以及根据所述第一支护平衡点及所述巷道的锚固支护的应力，确定待选型的液压支架对所述围岩的支护强度。
[0005]优选地，所述确定所述第一等效地应力下的第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线包括：根据所述巷道的系统方程，确定与所述第一等效地应力相对应的所述第一边界应力；以及根据所述第一边界应力、所述第一边界应力同所述第一支护强度与破碎区半径两者之间的函数关系及所述巷道的围岩的位移与破碎区半径之间的函数关系，确定所述第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线。
[0006]优选地，所述确定方法还包括：根据所述巷道的系统方程、所述巷道的围岩的位移与破碎区半径之间的函数关系、非回采影响区巷道的第二等效地应力及所述第二等效地应力下的破碎区对软化区的第二边界应力同所述巷道空间所需的第二支护强度与破碎区半径两者之间的函数关系，确定所述第二等效地应力下的第二围岩
‑
支架互馈平衡曲线。
[0007]优选地，所述确定所述第二等效地应力下的第二围岩
‑
支架互馈平衡曲线包括：根据所述巷道的系统方程，确定与所述第二等效地应力相对应的所述第二边界应力系；以及根据所述第二边界应力、所述第二边界应力同所述巷道空间所需的第二支护强度与破碎区
半径两者之间的函数关系及所述巷道的围岩的位移与破碎区半径之间的函数关系，确定所述第二围岩
‑
支架互馈平衡曲线。
[0008]优选地，所述确定所述第二等效地应力下的第二围岩
‑
支架互馈平衡曲线包括：根据所述巷道的系统方程，确定与所述第二等效地应力相对应的所述第二边界应力；以及根据所述第二边界应力、所述第二边界应力同所述巷道空间所需的第二支护强度与破碎区半径两者之间的函数关系及所述巷道的围岩的位移与破碎区半径之间的函数关系，确定所述第二围岩
‑
支架互馈平衡曲线。
[0009]优选地，所述确定所述第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线的第一支护平衡点包括：在所述第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线不存在极值点的情况下，根据所述第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线，采用围岩离层控制条件确定所述第一支护平衡点；或者在所述第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线存在极值点的情况下，确定所述第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线的极值点为所述第一支护平衡点。
[0010]优选地，所述确定方法还包括：确定所述第二围岩
‑
支架互馈平衡曲线的第二支护平衡点，相应地，所述确定所述第二围岩
‑
支架互馈平衡曲线的第二支护平衡点包括：根据所述第一支护平衡点的纵坐标及所述第二围岩
‑
支架互馈平衡曲线，确定所述第二支护平衡点，其中，所述第一支护平衡点的纵坐标与所述第二支护平衡点的纵坐标相等。
[0011]优选地，所述围岩离层控制条件包括：所述巷道的围岩的位移小于或者等于所述巷道空间的当量半径的预设比例。
[0012]优选地，所述确定方法还包括：确定非回采影响区巷道的第二等效地应力，其中，所述确定非回采影响区巷道的第二等效地应力包括：根据原岩地应力P0、煤岩的单轴抗压强度σ
c
及下式，确定所述非回采影响区巷道的围岩中的采动应力峰值P
m
；以及根据所述采动应力峰值P
m
、围岩卸压效能系数W
drill
、所述煤岩的单轴抗压强度σ
c
及下式，确定所述第二等效地应力P2，
[0013]优选地，所述确定回采影响区巷道的第一等效地应力包括：根据原岩地应力P0、煤岩的单轴抗压强度σ
c
及下式，确定所述非回采影响区巷道的围岩中的采动应力峰值P
m
；以及根据所述采动应力峰值P
m
、巷道围岩的卸压效能系数W
drill
、所述回采影响区巷道的采动应力集中系数λ
m
、所述煤岩的单轴抗压强度σ
c
及下式，确定所述第一等效地应力P1，
[0014]通过上述技术方案，本专利技术创造性地根据巷道的系统方程、所述巷道的围岩的位移与破碎区半径之间的函数关系、第一等效地应力及所述第一等效地应力下的破碎区对软化区的第一边界应力同巷道空间所需的第一支护强度与破碎区半径两者之间的函数关系，确定所述第一等效地应力下的围岩
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支架互馈平衡曲线；确定所述围岩
‑
支架互馈平衡曲线的支护平衡点；以及根据所述支护平衡点及所述巷道的锚固支护的应力，确定待选型的液压支架对所述围岩的支护强度。本专利技术考虑了工作面的回采对超前巷道的加载作用效应，可定量地确定冲击地压巷道“围岩与支架”变形协调响应和互馈平衡关系，由此，可精确地
确定待选型的液压支架对围岩的支护强度，进而可基于所述支护强度实现巷道防冲液压支架的参数化选型。
[0015]本专利技术第二方面还提供一种液压支架的选型方法，所述选型方法包括：根据所述的支护强度的确定方法，确定第一支护平衡点、第二支护平衡点及待选型的液压支架对围岩的支护强度；根据所述第一支护平衡点及所述第二支护平衡点，确定所述液压支架的立柱中的活柱所需的最小伸缩量；以及根据所述液压支架对围岩的支护强度及所述立柱中的活柱所需的最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种支护强度的确定方法，其特征在于，所述确定方法包括：确定回采影响区巷道的第一等效地应力；根据巷道的系统方程、所述巷道的围岩的位移与破碎区半径之间的函数关系、所述第一等效地应力及所述第一等效地应力下的破碎区对软化区的第一边界应力同巷道空间所需的第一支护强度与破碎区半径两者之间的函数关系，确定所述第一等效地应力下的第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线；确定所述第一围岩
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支架互馈平衡曲线的第一支护平衡点；以及根据所述第一支护平衡点及所述巷道的锚固支护的应力，确定待选型的液压支架对所述围岩的支护强度。2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述确定所述第一等效地应力下的第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线包括：根据所述巷道的系统方程，确定与所述第一等效地应力相对应的所述第一边界应力；以及根据所述第一边界应力、所述第一边界应力同所述第一支护强度与破碎区半径两者之间的函数关系及所述巷道的围岩的位移与破碎区半径之间的函数关系，确定所述第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线。3.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述确定方法还包括：根据所述巷道的系统方程、所述巷道的围岩的位移与破碎区半径之间的函数关系、非回采影响区巷道的第二等效地应力及所述第二等效地应力下的破碎区对软化区的第二边界应力同所述巷道空间所需的第二支护强度与破碎区半径两者之间的函数关系，确定所述第二等效地应力下的第二围岩
‑
支架互馈平衡曲线。4.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述确定所述第二等效地应力下的第二围岩
‑
支架互馈平衡曲线包括：根据所述巷道的系统方程，确定与所述第二等效地应力相对应的所述第二边界应力；以及根据所述第二边界应力、所述第二边界应力同所述巷道空间所需的第二支护强度与破碎区半径两者之间的函数关系及所述巷道的围岩的位移与破碎区半径之间的函数关系，确定所述第二围岩
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支架互馈平衡曲线。5.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述确定所述第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线的第一支护平衡点包括：在所述第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线不存在极值点的情况下，根据所述第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线，采用围岩离层控制条件确定所述第一支护平衡点；或者在所述第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线存在极值点的情况下，确定所述第一围岩
‑
支架互馈平衡曲线的极值点为所述第一支护平衡点。6.根据权利要求5所述的确定方法，其特征在于，所述确定方法还包括：确定所述第二围岩
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支架互馈平衡曲线的第二支护平衡点，相应地，所述确定所述第二围岩
‑
支架互馈平衡曲线的第二支护平衡点包括：根据所述第一支护平衡点的纵坐标及所述第二围岩
‑
支架互馈平衡曲线，确定所述第二支护平衡点，其中，所述第一支护平衡点的纵坐标与所述第二支护平衡点的纵坐标相等。
7.根据权利要求5所述的确定方法，其特征在于，所述围岩离层控制条件包括：所述巷道的围岩的位移小于或者等于所述巷道空间的当量半径的预设比例。8.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述确定方法还包括：确定非回采影响区巷道的第二等效地应力，其中，所述确定非回采影响区巷道的第二等效地应力包括：根据原岩地应力P0、煤岩的单轴抗压强度σ
c
及下式，确定所述非回采影响区巷道的围岩中的采动应力峰值P
m
；以及根据所述采动应力峰值P
m
、围岩卸压效能系数W
drill
、所述煤岩的单轴抗压强度σ
c
及下式，确定所述第二等效地应力P2，9.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述确定回采影响区巷道的第一等效地应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书文，代连朋，潘一山，肖永惠，钱洋喜，
申请(专利权)人：中国中煤能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：