利索能及
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专利号: 2023116747381
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种冲击地压矿井煤巷锚网索支护体系抗冲击能力评估方法,其特征在于,包括以下步骤:S1,实地调研冲击地压矿井,获取其巷道工程原型的工程地质条件参数和锚网索支护体系参数;

S2,依据相似理论以及所述工程地质条件参数搭建实验模型,其中,设置所述实验模型与所述巷道工程原型的几何相似比、各岩层容重相似比、各岩层单向抗压强度相似比;

设置所述实验模型的岩层数量以及分布情况、巷道关键层位置、巷道顶底板岩层赋存情况与所述巷道工程原型相同或近似相同;

S3,向所述实验模型顶部施加设定值的补偿载荷,用于模拟所述巷道工程原型中巷道围岩所受的地层载荷;

S4,依据相似理论,基于所述锚网索支护体系参数,以及所述几何相似比和强度相似比,制备用于所述实验模型的实验支护材料;

S5,实验模型养护达到实验要求后,根据所述几何相似比,在所述实验模型中开挖实验巷道,并在所述实验巷道中使用所述实验支护材料完成巷道支护;

S6,在所述实验模型中设置微震检波器和应力计,所述微震检波器和应力计与计算机连接,用于将获取的监测数据传输至计算机;

S7,在N个所述实验模型的相同位置依次设置扰动钻孔,并在所述扰动钻孔中分别设置扰动源,所述扰动源用于向其所在的实验模型提供冲击扰动载荷;

分别观察N个所述实验模型,并采集失稳实验模型中所述微震检波器和应力计传输的数据,计算出所述巷道工程原型中的锚网索支护体系所能承受的极限冲击能量值。

2.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井煤巷锚网索支护体系抗冲击能力评估方法,其特征在于,向所述实验模型顶部均匀施加补偿载荷,补偿载荷的数值计算公式为:F=σ顶s

式中,s为施加补偿荷载的面积;γpi为巷道围岩各岩层的容重;hi为各岩层厚度;Cσ为实验模型的各岩层单向抗压强度相似比。

3.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井煤巷锚网索支护体系抗冲击能力评估方法,其特征在于,所述实验要求为:环境温度为20±3℃、湿度≧50%、养护时间≧7天。

4.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井煤巷锚网索支护体系抗冲击能力评估方法,其特征在于,所述实验支护材料根据拉拔试验、破坏实验以及材料的强度相似关系进行确定。

5.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井煤巷锚网索支护体系抗冲击能力评估方法,其特征在于,所述微震检波器和应力计设置在实验支护材料中的锚杆螺栓处,锚杆螺栓与锚杆钻孔的孔壁间隙充填胶结材料。

6.根据权利要求5所述的一种冲击地压矿井煤巷锚网索支护体系抗冲击能力评估方法,其特征在于,所述微震检波器在安装其探头的过程中,锚杆螺栓偏离度小于10°,其外露长度设置为30mm。

7.根据权利要求5所述的一种冲击地压矿井煤巷锚网索支护体系抗冲击能力评估方法,其特征在于,所述微震检波器设置在所述实验模型的巷道左下角和上部顶板锚杆处。

8.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井煤巷锚网索支护体系抗冲击能力评估方法,其特征在于,步骤S7包括以下子步骤:S71,设置N个实验模型的编号为1至N;

S72,所述扰动源设置为TNT炸药,依次逐量向1至N个所述实验模型的扰动钻孔中添加TNT炸药;

S73,将雷管和导爆索固定在一起装入实验模型预留好的炮孔中,封孔,使用起爆器进行引爆,模拟冲击扰动动载对实验巷道的作用;

S74,逐组观察实验模型的破坏情况,并判断锚网索支护体系是否发生冲击破坏或失稳,并记录微震检波器和应力计传输的冲击能量监测值。

9.根据权利要求8所述的一种冲击地压矿井煤巷锚网索支护体系抗冲击能力评估方法,其特征在于,TNT炸药的添加量根据工程类比法和实验经验进行选择;锚网索支护体系失稳的判断标准为实验巷道顶板垮落面积≧顶板原面积的50%。

10.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井煤巷锚网索支护体系抗冲击能力评估方法,其特征在于,采集失稳实验模型中所述微震检波器采集的能量值,和所述应力计采集的极限应力值,按照能量相似比CE=Cσ/10,计算得出巷道工程原型中锚网索支护体系所能承受的极限冲击能量值。

11.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井煤巷锚网索支护体系抗冲击能力评估方法,其特征在于,搭建所述实验模型过程中,所述实验模型所使用的搭建材料与所述巷道工程原型的材料相似;搭建模型的材料消耗量计算公式为:式中:Q—实验模型总的材料消耗量,kg;k—材料因铺砌原因导致的损失系数;ρ—铺砌3

实验模型所用材料的密度,kg/m ;lm—实验模型走向尺寸,m;bm—实验模型纵向尺寸,m;

mi—实验模型第i层岩层厚度,m。