利索能及
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专利号: 2025104044079
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
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摘要:

权利要求书:

1.一种超前段回采巷道耦合支护的确定方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:现场调研获取待测巷道岩石力学参数、待测巷道主动支护参数、待测巷道被动支护参数及现场监测数据;

S2:超前段巷道主被动支护强度耦合判定;

S2.1:确定主被动联合支护安全系数Kl在合理范围之内;

主被动联合支护安全系数Kl为:

式中:D为单元支架布置间距,m;B为巷道断面宽度,m;dg为锚杆排距,m;ds为锚索排距,m;ng为单排锚杆数量,根;ns为单排锚索数量,根;Fg为单根锚杆设计锚固力,kN;Fs为单根锚3

索设计锚固力,kN;L为锚杆的有效锚固长度,m;γ为锚杆锚固岩层容重,kN/m;F为基本顶的周期破断步距,m;Kq为载荷分布系数,Kq=D/0.5F;mE为基本顶的厚度,m;mZ为直接顶厚

3 3

度,m;γE为基本顶的岩层平均容重,kN/m;γZ为直接顶岩层平均容重,kN/m;B0为巷道承载3

宽度,m;ξ为断顶效率,ρ为岩石介质密度,kg/m;CP为P波的波速,m/s;νP′为质点由P波引起的峰值振动速度;nd为单元支架控顶面积内单元支架数量,Nd为单元支架额定工作阻力;

若Kl≥2,则主被动联合支护安全系数Kl在合理范围内;S2.2:确定单元支架初撑力N,使得被动支护不会破坏巷道顶板;

S2.3:满足S2.1和S2.2的要求后,执行S3;

S3:超前段巷道主被动支护变形耦合判定;

S3.1:确定锚杆延伸不合格率在合理范围内;

S3.2:确定单元支架活柱下缩量不超过极限;

S3.3:确定帮部鼓出不会影响单元支架维持稳定工作姿态;

S3.4:满足S3.1、S3.2和S3.3的要求后,执行S4;

S4:对耦合支护情况进行综合观测,最终确定是否达到耦合支护状态。

2.根据权利要求1所述的一种超前段回采巷道耦合支护的确定方法,其特征在于,S1中待测巷道岩石力学参数包括巷道顶板岩性及结构、巷道帮部岩石岩性及结构,待测巷道主动支护参数包括锚杆和锚索的规格参数、锚杆和锚索的布设间距、锚杆和锚索的布设数量,待测巷道被动支护参数包括单元支架规格参数、单元支架布设间距、单元支架布设数量,现场监测数据包括巷道围岩变形观测数据、锚杆延伸长度数据、单元支架活柱下缩量。

3.根据权利要求1所述的一种超前段回采巷道耦合支护的确定方法,其特征在于,S2.2具体包括:确定单元支架初撑力N,使得巷道顶板比压不大于巷道顶板岩石抗压强度σc;

单元支架的初撑力N满足:

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式中:N为单元支架初撑力,kN;A为单元支架顶梁与顶板的有效接触面积,m;σc为巷道顶板岩石抗压强度,MPa;k为比压安全系数。

4.根据权利要求1所述的一种超前段回采巷道耦合支护的确定方法,其特征在于,S3.1具体包括:锚杆实际延伸长度ΔL满足:

则判定锚杆延伸合格,否则判定锚杆延伸不合格;

式中:σy为锚杆材料的屈服强度,MPa;E为锚杆材料的弹性模量,MPa;L为锚杆的有效锚固长度,m;

锚杆延伸不合格率是指锚杆延伸不合格的锚杆数占总锚杆总数量的比例,若锚杆延伸不合格率不大于3%,则锚杆延伸不合格率在合理范围内。

5.根据权利要求1所述的一种超前段回采巷道耦合支护的确定方法,其特征在于,S3.2具体包括:单元支架活柱极限下缩量Δhmax为:

Δhmax=Hmax‑Hmin;

式中:Hmax为单元支架最大支撑高度,m;Hmin为单元支架最小支撑高度,m;

单元支架活柱实际下缩量Δh等于巷道顶底板收缩量;

确定单元支架活柱实际下缩量Δh不超过活柱极限下缩量Δhmax即:Δhmax>μΔh;

式中,μ为下缩量安全系数。

6.根据权利要求1所述的一种超前段回采巷道耦合支护的确定方法,其特征在于,S3.3具体包括:计算单元支架倾覆力矩,单元支架倾覆力矩为:M=MG+MN1+MN2+Mf1+Mf2+MFx;

MG为自重倾覆力矩,为单元支架自重G对倾覆边产生的倾覆力矩;MN1为单元支架顶板自撑倾覆力矩,为单元支架顶梁受到的竖向力对倾覆边产生的力矩;MN2为单元支架底座自撑倾覆力矩,为单元支架底座受到的竖向力对倾覆边产生的力矩;Mf1为单元支架顶板摩擦力倾覆力矩,为单元支架顶梁上表面所受摩擦力对倾覆边产生的力矩;Mf2为单元支架底座摩擦力倾覆力矩,为单元支架底座下表面所受摩擦力对倾覆边产生的力矩;MFx为外力倾覆力矩,为巷道帮部鼓出施加给单元支架的水平力对倾覆边产生的力矩;

确定单元支架倾覆力矩M大于200。

7.根据权利要求1所述的一种超前段回采巷道耦合支护的确定方法,其特征在于,S4具体包括:S4.1:观测巷道围岩变形情况:上述S1至S3耦合步骤实施一周后,进行持续一周的巷道围岩变形情况观测,每天检查超前段巷道顶部、帮部和底部围岩,关注是否有明显的顶板垮落、帮部鼓出和底板鼓出;巷道围岩变形最大处,周累计变形量不超过15mm则视为巷道围岩变形正常;

S4.2:观测主动支护系统工作情况:上述S1至S3耦合步骤实施一周后,进行持续一周的主动支护变形情况观测,每天检查主动支护系统的状态,关注锚杆的伸长量和锚固情况;累计一周内,锚杆延伸长度超过其最大延伸长度的锚杆不超过两根,且无锚杆断裂情况发生,则视为主动支护系统工作正常;

S4.3:观测被动支护系统工作情况:上述S1至S3耦合步骤实施一周后,进行持续一周的被动支护变形情况观测,每天检查主动支护系统的状态,关注单元支架高度变化和稳定性;

累计一周内,未出现支架压死、单元支架失稳倾覆,则视为被动支护系统工作正常。