一种冲击地压巷道液压支架的防冲效能评价方法技术

本发明专利技术涉及巷道支护技术领域，公开一种冲击地压巷道液压支架的防冲效能评价方法。所述方法包括：根据巷道的系统方程、围岩位移与破碎区半径之间的函数关系、回采影响区巷道的等效地应力及其下破碎区对软化区的边界应力同巷道空间所需的支护强度与破碎区半径两者之间的函数关系，确定等效地应力下的围岩

【技术实现步骤摘要】
一种冲击地压巷道液压支架的防冲效能评价方法


[0001]本专利技术涉及巷道支护
，具体地涉及一种冲击地压巷道液压支架的防冲效能评价方法。

技术介绍

[0002]巷道支架是煤矿采煤工作面超前支护安全的重要保障装备之一，主要形式包括液压支架、U型钢棚支架、架棚支护等形式，不同类型的支护设备的安全效能大相径庭。统计发现，进入深部开采后，煤矿冲击地压90％以上发生在巷道中。深部冲击地压巷道通常具有静压大变形与冲击大变形显现现象，不合理的巷道支架支护参数将造成“支架与围岩”支护系统的过度损伤变形失稳，导致动力灾害发生。
[0003]近年来，根据《国家煤矿安监局关于加强煤矿冲击地压防治工作的通知》(煤安监技装〔2019〕21号)规定，“综采放顶煤工作面或具有中等及以上冲击危险区域的采煤工作面安全出口与巷道连接处超前支护范围不得小于120米，超前支护优先采用液压支架。煤巷掘进工作面后方具有中等及以上冲击危险的区域应当再采用可缩支架加强支护”。目前，评价巷道液压支架的防冲安全效能的方法均属于定性评价。因此，如何定量评价巷道液压支架的防冲安全效能是冲击地压巷道支护装备选型的重要基础，也是科学实现冲击地压防治及巷道支防护安全的重要内容。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种冲击地压巷道液压支架的防冲效能评价方法，其通过综合考虑冲击地压巷道围岩移近收敛特征和待评价液压支架的受载变形响应特征，来实现对待评价液压支架的定量评价。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种液压支架的评价方法，所述评价方法包括：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、回采影响区巷道的等效地应力及所述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，确定所述等效地应力下的围岩
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支架互馈平衡曲线；获取待评价液压支架的受载变形响应特征曲线，其中，所述受载变形响应特征曲线的起始点的横坐标为所述待评价液压支架的初支时机；确定所述围岩
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支架互馈平衡曲线的失稳点的纵坐标以及所述围岩
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支架互馈平衡曲线与所述受载变形响应特征曲线的特定交点的横坐标，其中，所述特定交点的横坐标最小；以及根据所述待评价液压支架的最大工作阻力所对应的巷道空间所需的最大支护强度同所述失稳点的纵坐标的比值以及所述待评价液压支架的立柱的最大收缩量同所述特定交点的横坐标与所述初支时机的差值的比值，对所述待评价液压支架进行评价。
[0006]优选地，所述确定所述等效地应力下的围岩
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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，确定所述围岩
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支架互馈平衡曲线。
[0007]优选地，所述对所述待评价液压支架进行评价包括：在所述最大支护强度同所述失稳点的纵坐标的比值大于第一预设比值且所述待评价液压支架的立柱的最大收缩量同所述特定交点的横坐标与所述初支时机的差值的比值大于第二预设比值的情况下，确定所述待评价液压支架的支护强度合格且让压量合格。
[0008]优选地，所述评价方法还包括：根据所述最大支护强度、临界破碎区半径与巷道空间所需的第二支护强度之间的函数关系、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及所述临界等效地应力下的破碎区对软化区的第二边界应力同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，确定所述临界等效地应力及所述临界等效地应力下的临界围岩
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支架互馈平衡曲线；确定所述临界围岩
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支架互馈平衡曲线的失稳点的横坐标与纵坐标；根据所述围岩的软化区内的煤岩的损伤变量与破碎区内的煤岩的损伤变量、破碎区半径、软化区半径、最危险微震震级、最危险微震震源到所述巷道的破坏点的距离、所述巷道空间的当量半径、所述临界等效地应力、所述临界围岩
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支架互馈平衡曲线的失稳点的纵坐标及所述锚固支护的耗能量，确定所述待评价液压支架所需吸收的剩余冲能；根据所述立柱的最大收缩量、所述临界围岩
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支架互馈平衡曲线的失稳点的横坐标及所述初支时机，确定所述待评价液压支架的吸能器对冲击地压的有害动能的吸收效率；以及根据所述吸收效率与所述吸能器的最大吸能量的乘积同所述剩余冲能与相邻的两个所述待评价液压支架之间的间距的乘积的比值，对所述待评价液压支架进行评价。
[0009]优选地，确定所述临界等效地应力包括：根据所述最大支护强度p
sum_max
＝n*F
max
/(l0*B)及所述临界破碎区半径与所述第二支护强度p
sum
之间的函数关系确定所述临界破碎区半径ρ
dcr
，其中，ρ0为所述巷道空间的当量半径，α、β、q均为常量，n为沿巷道轴向的所述待评价液压支架的列数，l0为沿巷道轴向的所述待评价液压支架的间距，B为巷道空间的宽度，以及F
max
为所述待评价液压支架的最大工作阻力；根据所述第二边界应力同所述第二支护强度与破碎区半径两者之间的函数关系、所述临界破碎区半径及所述最大支护强度，确定所述第二边界应力；以及根据所述巷道的系统方程及所述第二边界应力，确定所述临界等效地应力。
[0010]优选地，确定所述临界等效地应力下的临界围岩
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支架互馈平衡曲线包括：根据所述巷道的系统方程，确定与所述临界等效地应力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，确定所述临界围岩
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支架互馈平衡曲线。
[0011]优选地，所述确定所述待评价液压支架所需吸收的剩余冲能包括：根据所述软化区内的煤岩的损伤变量、所述破碎区内的煤岩的损伤变量、所述巷道空间的当量半径、所述破碎区半径及所述软化区半径，确定所述围岩的阻力区的总耗能量，其中，所述阻力区包括所述破碎区与所述软化区；根据所述最危险微震震级、所述最危险微震震源到所述巷道的破坏点的距离、所述软化区半径、所述巷道空间的当量半径及所述阻力区内的煤岩的平均
密度，确定所述阻力区冲击产生的动能；根据所述等效地应力、所述临界围岩
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支架互馈平衡曲线的失稳点的纵坐标及所述围岩的弹性区的能量释放率，确定所述弹性区的释放能量；以及将所述弹性区的释放能量与所述阻力区冲击产生的动能之和减去所述阻力区的总耗能量与所述锚固支护的耗能量两者之和，以得到所述剩余冲能。
[0012]优选地，所述确定所述待评价液压支架的吸能器对冲击地压的有害动能的吸收效率包括：在所述立柱的最大收缩量小于或等于所述临界围岩
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支架互馈平衡曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液压支架的评价方法，其特征在于，所述评价方法包括：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、回采影响区巷道的等效地应力及所述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，确定所述等效地应力下的围岩
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支架互馈平衡曲线；获取待评价液压支架的受载变形响应特征曲线，其中，所述受载变形响应特征曲线的起始点的横坐标为所述待评价液压支架的初支时机；确定所述围岩
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支架互馈平衡曲线的失稳点的纵坐标以及所述围岩
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支架互馈平衡曲线与所述受载变形响应特征曲线的特定交点的横坐标，其中，所述特定交点的横坐标最小；以及根据所述待评价液压支架的最大工作阻力所对应的巷道空间所需的最大支护强度同所述失稳点的纵坐标的比值以及所述待评价液压支架的立柱的最大收缩量同所述特定交点的横坐标与所述初支时机的差值的比值，对所述待评价液压支架进行评价。2.根据权利要求1所述的液压支架的评价方法，其特征在于，所述确定所述等效地应力下的围岩
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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，确定所述围岩
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支架互馈平衡曲线。3.根据权利要求1所述的液压支架的评价方法，其特征在于，所述对所述待评价液压支架进行评价包括：在所述最大支护强度同所述失稳点的纵坐标的比值大于第一预设比值且所述待评价液压支架的立柱的最大收缩量同所述特定交点的横坐标与所述初支时机的差值的比值大于第二预设比值的情况下，确定所述待评价液压支架的支护强度合格且让压量合格。4.根据权利要求1所述的液压支架的评价方法，其特征在于，所述评价方法还包括：根据所述最大支护强度、临界破碎区半径与巷道空间所需的第二支护强度之间的函数关系、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及所述临界等效地应力下的破碎区对软化区的第二边界应力同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，确定所述临界等效地应力及所述临界等效地应力下的临界围岩
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支架互馈平衡曲线；确定所述临界围岩
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支架互馈平衡曲线的失稳点的横坐标与纵坐标；根据所述围岩的软化区内的煤岩的损伤变量与破碎区内的煤岩的损伤变量、破碎区半径、软化区半径、最危险微震震级、最危险微震震源到所述巷道的破坏点的距离、所述巷道空间的当量半径、所述临界等效地应力、所述临界围岩
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支架互馈平衡曲线的失稳点的纵坐标及所述锚固支护的耗能量，确定所述待评价液压支架所需吸收的剩余冲能；根据所述立柱的最大收缩量、所述临界围岩
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支架互馈平衡曲线的失稳点的横坐标及所述初支时机，确定所述待评价液压支架的吸能器对冲击地压的有害动能的吸收效率；以及根据所述吸收效率与所述吸能器的最大吸能量的乘积同所述剩余冲能与相邻的两个
所述待评价液压支架之间的间距的乘积的比值，对所述待评价液压支架进行评价。5.根据权利要求4所述的液压支架的评价方法，其特征在于，确定所述临界等效地应力包括：根据所述最大支护强度p
sum_max
＝n*F
max
/(l0*B)及所述临界破碎区半径与所述第二支护强度p
sum
之间的函数关系确定所述临界破碎区半径ρ
dcr
，其中，ρ0为所述巷道空间的当量半径，α、β、q均为常量，n为沿巷道轴向的所述待评价液压支架的列数，l0为沿巷道轴向的所述待评价液压支架的间距，B为巷道空间的宽度，以及F<...

【专利技术属性】
技术研发人员：代连朋，潘一山，王书文，肖永惠，翁月明，
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：