【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿山巷道支护施工，涉及一种确定支护厚度的方法、系统及矿用新型复合支护方法。
技术介绍
1、部分金属矿山围岩节理裂隙十分发育。随着光面爆破掘进，导致围岩表面存在大块浮石和大量小碎石存在。为了保证施工人员的安全，矿山针对节理裂隙发育区域采用锚杆和金属网联合支护，后期再进行喷射混凝土支护，形成复合支护体系。然而，锚杆与金属网支护仅针对围岩大块浮石，小碎块浮石则容易在生产扰动过程中会突然掉落影响施工安全。同样地，喷射混凝土支护期间，随着高风压将浆料喷至围岩墙面，较强的风压会致使围岩表面的浮石掉落，对施工人员造成危险，同时造成浆料掉落，增加回弹率，提高施工成本。另外，由于金属矿山掘进速度快，喷射混凝土支护进度慢，锚杆及金属网等金属支护结构由于巷道裂隙水和通风的影响逐渐锈蚀，服役时间缩短，严重影响了巷道的稳定。井下裂隙水还会造成喷射混凝土中碱的流失，引起泛碱现象，造成混凝土开裂，孔隙率变大，结构疏松，强度降低，进一步导致抗渗、抗冻、抗碳化能力降低，并破坏混凝土制品的耐久性。
2、另一方面，随着金属矿山生产的掘进，尾砂的产量越来越高，探究尾砂的新出路已经成为矿山主要研究目标。尾砂的颗粒形状和大小比较均匀，可以提高湿式喷浆料的稳定性，减少出现坍塌等问题，同时尾砂骨料表面的微小孔洞可以增加其与胶凝材料的粘结性，使得湿式喷浆料的附着力更强，降低回弹率。
3、为了防止金属支护结构风化锈蚀、防止喷浆支护体泛碱进而降低支护体耐久性、防止小块浮石对施工人员造成危害以及实现尾砂的资源再利用，采用矿用薄喷料作为掘进爆破后的
4、作为现有技术，殷春许于2023年在《金属矿山》发表了《安徽省非铀金属矿山氡浓度放射性水平调查研究》一文，其发现非铀金属矿山的氡浓度过高会造成矿工因氡照射导致的肺癌危险。氡是一种自然界存在的放射性惰性且无色无味的气体，在金属矿山中常与金属矿石共存，并通过围岩节理裂隙缓慢而持续地扩散，目前采用的解决方案是针对金属矿山矿井和地面人员经常停留或经过的位置加强通风，降低氡浓度。但随着深部掘进和生产扰动，通风的效率会逐渐降低，故还需要采用封闭手段实现有效控制。
5、胡亚飞在《中南大学学报》(自然科学版)2021年第11期发表了《复合胶凝体系对尾砂湿喷混凝土强度的影响及其配比优化》一文，其提出一种水泥-固废资源(硅粉-粉煤灰-矿渣粉)复合胶凝材料来配置尾砂湿喷混凝土，采用误差反向传播算法-遗传算法协同求解得到的智能化强度优化预测模型，对尾砂湿喷混凝土强度具有较好预测效果。但并未深入展开力学特性研究和落实到工程中去，国内也还未开展相关尾砂为骨料新型喷浆料的研究。
6、叶飞于2021年5月在《中南大学学报》(自然科学版)发表了《预防隧道排水系统结晶病害的喷射混凝土配合比优化试验研究》一文，其提到混凝土中水泥的水化产物ca(oh)2，在渗流水的作用下，容易被直接溶蚀带出，产生结晶体堵塞排水系统。同时水化产物的流失会引起混凝土耐久性的降低，降低支护体强度。
7、总的来说，当单一支护为喷射混凝土支护时，粗骨料存在导致施工过程回弹率高，骨料损失严重，支护体达不到目标支护强度。同时喷射混凝土内部孔隙结构发育，随着裂隙水渗流致使支护体表面多泛碱现象，造成支护体耐久性降低。当采用金属结构(金属网、锚杆和锚索)复合支护时，由于不能对围岩实现较好地封闭，围岩内部的有毒有害气体和粉尘容易扩散并危害施工人员身体健康，同时金属结构受巷道裂隙水和通风的影响发生风化、锈蚀，服役性能差，围岩支护效果降低。
8、因此，亟需提出一种新型的支护方法，以克服现有方法的缺陷，既满足矿山所需支护强度，又能实现对尾砂的再利用，同时对围岩墙面和金属支护结构实施有效封闭和裂隙充填，防止裂隙水渗流造成喷浆体泛碱现象，防止有毒有害气体、粉尘沿岩石节理裂隙泄露危害施工人员身体健康。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种确定支护厚度的方法、系统及矿用新型复合支护方法，第一、更有效地封闭金属支护结构和围岩壁面以及填充围岩节理裂隙；第二、进一步降低矿山尾砂堆存量，降低尾矿库负担；第三、更好地防止金属支护结构锈蚀，更好地防止其他支护结构受裂隙水侵蚀。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种确定支护厚度的方法，包括依次进行的以下步骤：
4、(1)对围岩取芯后进行试验获取围岩的岩石力学参数，统计围岩的节理裂隙发育情况和表面粗糙度大小，收集井下水文地质情况；
5、(2)结合围岩力学参数、表面粗糙度大小、节理裂隙发育情况和地下水文地质因素，基于层次分析法建立层次结构模型对需要复合支护的岩体质量进行评价和分级；岩体质量评价因素包括单轴抗压强度、抗拉强度、节理密度、节理产状、风化程度、破碎程度、表面粗糙度、水文地质条件、地应力状态和巷道跨度；
6、(3)采用数值模型计算方法计算和确定不同岩体质量等级对应的复合支护厚度。
7、优选地，在步骤(2)中，基于层次分析法建立层次结构模型对需要复合支护的岩体质量进行评价和分级包括：
8、(2.1)对两两因素进行评价和打分：对准则层的三种影响因素及隶属于对应准则层的指标层因素，进行评价并获取相关评价数据；
9、按照9级标度法对各层次指标进行比较：1表示同等重要两因素相比，具有同样重要性；3表示稍重要两因素相比，前者比后者稍重要；5表示颇重要两因素相比，前者比后者明显重要；7表示很重要两因素相比，前者比后者强烈重要；9表示绝对重要两因素相比较，前者比后者极端重要；2、4、6、8分别表示1、3、5、7、9两相邻标度的中间值；
10、通过评分数据构成两两比较的判断矩阵q＝(cij)n×n：
11、
12、其中，cij为第i个因素与第j个因素比较后的相对重要程度，相对重要程度赋值采用1～9标度法；倒数评价对象的比较分值若元素i与j的重要性之比为cij，那么元素i与元素i重要性之比为cji＝1/cij；
13、其中准则层的三种影响因素分别为：岩石力学参数、岩体结构特性和工程环境因素，通过对两两因素进行评价和打分，得到准则层的判断矩阵；岩石力学参数准则层包含“单轴抗压强度”和“抗拉强度”两个指标层因素，通过对两两因素进行评价和打分，得到岩石力学参数对应的指标层的判断矩阵；岩体结构特性准则层包含“节理密度”、“节理产状”、“风化程度”、“破碎程度”和“表面粗糙度”五个指标层因素，通过对两两因素进行评价和打分，得到岩体结构特性对应的指标层的判断矩阵；工程环境因素准则层包含“水文地质条件”、“地应力状态”本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种确定支护厚度的方法，其特征在于包括依次进行的以下步骤：
2.根据权利要求1所述的确定支护厚度的方法，其特征在于：在步骤(2)中，基于层次分析法建立层次结构模型对需要复合支护的岩体质量进行评价和分级包括：
3.根据权利要求2所述的确定支护厚度的方法，其特征在于：步骤(2.2)计算权重向量的方法是：对每个判断矩阵的列进行归一化处理，得到归一化后的矩阵；然后对每行求和后再进行归一化，得到该判断矩阵的权重向量；
4.根据权利要求2或3所述的确定支护厚度的方法，其特征在于：步骤(2.3)
5.根据权利要求1所述的确定支护厚度的方法，其特征在于：步骤(3)的具体方法是：选择试验巷道，进行数值模型建模和现场测试，对试样巷道围岩进行分级和评价，并通过计算模型的巷道位移收敛数据和塑性区分布，得到不同岩体质量分级对应复合支护厚度；
6.根据权利要求1所述的确定支护厚度的方法，其特征在于：在步骤(3)中，数值模型计算方法还包括：通过获取围岩地层地质特征、力学参数以及节理裂隙产状，结合支护浆料的力学参数，通过Rhino软件对三维激光技术
7.根据权利要求1所述的确定支护厚度的方法，其特征在于：步骤(3)确定的复合支护厚度为5.5-15.5cm。
8.应用权利要求1～7任意一项所述的确定支护厚度的方法的系统，其特征在于所述系统包括：
9.应用权利要求1～7任意一项所述的确定支护厚度的方法的矿用新型复合支护方法，其特征在于根据计算和确定的不同岩体质量等级对应的复合支护厚度，进行矿用新型复合支护，所述矿用新型复合支护方法包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的矿用新型复合支护方法，其特征在于：在步骤S101中，薄喷料采用ADPJ薄喷料；在步骤S102中，调制薄喷料料浆的比例为薄喷料粉料：水＝2:1；在步骤S104中，胶凝材料与尾砂的质量比例为1：1；步骤S106中，所述尾砂为骨料的新型喷浆材料料浆作为二次衬砌喷浆在凝结后的薄喷料料浆上；所述凝结后的薄喷料料浆用于防止裂隙水对金属支护结构的锈蚀和降低尾砂为骨料的新型喷浆材料料浆泛碱。
...【技术特征摘要】
1.一种确定支护厚度的方法，其特征在于包括依次进行的以下步骤：
2.根据权利要求1所述的确定支护厚度的方法，其特征在于：在步骤(2)中，基于层次分析法建立层次结构模型对需要复合支护的岩体质量进行评价和分级包括：
3.根据权利要求2所述的确定支护厚度的方法，其特征在于：步骤(2.2)计算权重向量的方法是：对每个判断矩阵的列进行归一化处理，得到归一化后的矩阵；然后对每行求和后再进行归一化，得到该判断矩阵的权重向量；
4.根据权利要求2或3所述的确定支护厚度的方法，其特征在于：步骤(2.3)
5.根据权利要求1所述的确定支护厚度的方法，其特征在于：步骤(3)的具体方法是：选择试验巷道，进行数值模型建模和现场测试，对试样巷道围岩进行分级和评价，并通过计算模型的巷道位移收敛数据和塑性区分布，得到不同岩体质量分级对应复合支护厚度；
6.根据权利要求1所述的确定支护厚度的方法，其特征在于：在步骤(3)中，数值模型计算方法还包括：通过获取围岩地层地质特征、力学参数以及节理裂隙产状，结合支护浆料的力学参数，通过rhino软件对三维激光技术扫描...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜培根，刘涛，张爱平，白腾飞，安傲清，季毛伟，孙京阁，孙世杰，邢其岭，罗丹青，
申请(专利权)人：山东黄金矿业玲珑有限公司，
类型：发明
国别省市：
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