【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿开采，尤其是涉及一种巷道顶板破坏高度的的计算方法。
技术介绍
1、大量的采矿现场实践表明，回采巷道在工作面回采前和回采时的变形特征及力学环境存在着显著差别，工作面回采时动压区巷道围岩变形破坏更为严重。此时，最需要研究动压区巷道围压的破坏形态和破坏高度等问题，而目前对巷道破坏形态的影响因素考虑都比较单一，无法为后期巷道支护参数设计提供参考依据，同时通过单一影响因素得到的破坏形态也不够准确。因此需要一种考虑多因素影响的动压区巷道围压破坏形态的计算方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种巷道顶板破坏高度的的计算方法，基于动压软岩巷道围岩破坏模型，根据巷道围岩第一功率和巷道围岩第二功率建立平衡方程，在巷道开挖前根据极限分析上限理论预判巷道的破坏高度，为后期巷道支护参数设计提供依据。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种巷道顶板破坏高度的计算方法，包括以下步骤，
3、步骤s1：建立动压软岩巷道围岩破坏模型；
4、步骤s2：基于步骤s1中所述动压软岩巷道围岩破坏模型，确定巷道围岩第一功率；
5、步骤s3：基于步骤s1中所述动压软岩巷道围岩破坏模型，确定巷道围岩第二功率；
6、步骤s4：基于步骤s2中所述巷道围岩第一功率和步骤s3中所述巷道围岩第二功率，根据极限分析上限理论，确定巷道围岩速度间断线高度的上限目标函数；
7、步骤s5：基于步骤s4中所述巷
8、优选的，步骤s1中所述动压软岩巷道围岩破坏模型包括煤层、直接顶和基本顶三部分。
9、优选的，步骤s2中所述巷道围岩第一功率为外力做功功率，所述外力包括煤岩体重力、围岩支护力和上覆岩层载荷；步骤s3中所述巷道围岩第二功率为内部能量耗散率，所述内部能量耗散率包括基本顶能量耗散率、直接顶能量耗散率和巷帮能量耗散率。
10、优选的，步骤s2中所述巷道围岩第一功率用公式表示为：
11、
12、式中：p1为巷道围岩第一功率；为速度间断线内滑块的重力功率；pq为巷道顶板支护压力的功率；pσ为巷道帮部支护压力的功率；为上覆岩层荷载的功率。
13、优选的，所述速度间断线内滑块的重力功率通过将动压软岩巷道围岩破坏模型离散化进行计算，计算过程包括以下步骤：
14、步骤s201：将步骤s1中所述动压软岩巷道围岩破坏模型离散化；
15、步骤s202：基于步骤s201中所述离散化的动压软岩巷道围岩破坏模型，确定滑块第一目标函数；
16、步骤s203：基于滑块的角速度，确定滑块第二目标函数；
17、步骤s204：基于步骤s202中所述滑块第一目标函数和步骤s203中所述滑块第二目标函数，确定滑块第三目标函数；
18、步骤s205：基于步骤s204中所述滑块第三目标函数，确定区域内滑块的重力功率。
19、优选的，步骤s3中所述巷道围岩第二功率用公式表示为：
20、d＝d1+d2+d3，
21、式中：d为巷道围岩第二功率；d1为基本顶速度间断线上的能量耗散率；d2为直接顶速度间断线上的能量耗散率；d3为巷帮速度间断线上的能量耗散率。
22、优选的，所述巷帮和直接顶速度间断线上的能量耗散率均可表示为对数螺旋线上产生的内能耗散率，通过将整个对数螺旋线离散化进行计算，计算过程包括以下步骤：
23、步骤s301：将所述对数螺旋线离散化；
24、步骤s302：基于步骤s301中所述离散化的对数螺旋线的微单元圆心角，确定螺旋线第一目标函数；
25、步骤s303：基于滑块的角速度，确定螺旋线第二目标函数；
26、步骤s304：基于步骤s302中所述螺旋线第一目标函数和步骤s303中所述螺旋线第二目标函数，确定螺旋线内能量耗散率。
27、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
28、1、本专利技术基于动压软岩巷道围岩破坏模型，根据巷道围岩第一功率和巷道围岩第二功率建立平衡方程，在巷道开挖前根据极限分析上限理论预判巷道的破坏高度，为后期巷道支护参数设计提供依据。
29、2、本专利技术的巷道围岩第一功率包括煤岩体重力、围岩支护力和上覆岩层载荷的做功功率，巷道围岩第二功率包括基本顶能量耗散率、直接顶能量耗散率和巷帮能量耗散率，通过考虑多因素对巷道破坏形态的影响，提高了破坏高度算法的精确性。
30、3、本专利技术已将巷道围岩速度间断线高度的上限目标函数利用origin c语言进行了编写，仅需将求解时所需参数输入origin中即可快速、准确的求解得到巷道顶板的破坏高度。
31、下面通过附图和实施例，对本专利技术做进一步的详细描述。
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1.一种巷道顶板破坏高度的计算方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.按照权利要求1所述的一种巷道顶板破坏高度的计算方法，其特征在于：步骤S1中所述动压软岩巷道围岩破坏模型包括煤层、直接顶和基本顶三部分。
3.按照权利要求1所述的一种巷道顶板破坏高度的计算方法，其特征在于：步骤S2中所述巷道围岩第一功率为外力做功功率，所述外力包括煤岩体重力、围岩支护力和上覆岩层载荷；步骤S3中所述巷道围岩第二功率为内部能量耗散率，所述内部能量耗散率包括基本顶能量耗散率、直接顶能量耗散率和巷帮能量耗散率。
4.按照权利要求1所述的一种巷道顶板破坏高度的计算方法，其特征在于：步骤S2中所述巷道围岩第一功率用公式表示为：
5.按照权利要求4所述的一种巷道顶板破坏高度的计算方法，其特征在于：所述速度间断线内滑块的重力功率通过将动压软岩巷道围岩破坏模型离散化进行计算，计算过程包括以下步骤：
6.按照权利要求1所述的一种巷道顶板破坏高度的计算方法，其特征在于：步骤S3中所述巷道围岩第二功率用公式表示为：
7.按照权利要求6所述的一种巷道顶
...【技术特征摘要】
1.一种巷道顶板破坏高度的计算方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.按照权利要求1所述的一种巷道顶板破坏高度的计算方法，其特征在于：步骤s1中所述动压软岩巷道围岩破坏模型包括煤层、直接顶和基本顶三部分。
3.按照权利要求1所述的一种巷道顶板破坏高度的计算方法，其特征在于：步骤s2中所述巷道围岩第一功率为外力做功功率，所述外力包括煤岩体重力、围岩支护力和上覆岩层载荷；步骤s3中所述巷道围岩第二功率为内部能量耗散率，所述内部能量耗散率包括基本顶能量耗散率、直接顶能量耗散率和巷帮能量耗散率。
4.按照权利要求1所述的一种巷道顶板破坏高度的计算方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，高守世，刘辉，何义峰，孙建平，贾子轩，孙佳瑞，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
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