本發(fā)明涉及巷道圍巖支護(hù)，具體為一種深部軟巖巷道圍巖非均勻破碎變形監(jiān)測(cè)、支護(hù)方法。

背景技術(shù)：

1、目前在煤礦開(kāi)采的深部區(qū)域中，深部巖石處于高地應(yīng)力、高地溫、高滲透壓和強(qiáng)烈開(kāi)采擾動(dòng)的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境中，深部直墻半圓拱軟巖巷道圍巖松動(dòng)破碎具有非均勻特性，巷道圍巖失穩(wěn)變形存在重點(diǎn)失穩(wěn)部位，巖石蠕變現(xiàn)象明顯，巷道圍巖兩幫移進(jìn)、頂板下沉、底板鼓起等變形破壞嚴(yán)重。需要對(duì)巷道支護(hù)進(jìn)行均勻分布預(yù)應(yīng)力錨桿布置，支護(hù)成本顯著提高，影響了煤礦開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率。

2、因此，基于深部直墻半圓拱軟巖巷道圍巖松動(dòng)破碎非均勻的特性，對(duì)圍巖失穩(wěn)重點(diǎn)部位加強(qiáng)支護(hù)的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種深部軟巖巷道圍巖非均勻破碎變形監(jiān)測(cè)、支護(hù)方法，解決了上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種深部軟巖巷道圍巖非均勻破碎變形監(jiān)測(cè)、支護(hù)方法，包括以下步驟：

3、步驟1：巷道測(cè)繪，施工人員使用測(cè)繪工具測(cè)量巷道的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)包括巷道高度h1、巷道長(zhǎng)度l1、巷道偏轉(zhuǎn)角度a1、巷道寬度w1、巷道地表下深度h2、非均勻破碎圍巖最大長(zhǎng)度l2和非均勻破碎圍巖最大高度h3，后續(xù)步驟2到步驟7適用的軟巖巷道測(cè)量數(shù)據(jù)范圍如下：巷道地表下深度h2≥800米，巷道寬度4米≤w1<4.5米，巷道高度3.5米≤h1<4米；

4、測(cè)繪工具包括激光導(dǎo)向儀、經(jīng)緯儀和激光測(cè)距儀，施工人員采用瞄直法對(duì)巷道內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量，瞄直法為現(xiàn)有隧道測(cè)量的一般測(cè)量方式，測(cè)量精度滿足步驟1中的測(cè)量數(shù)據(jù)需要，在此不再贅述，而測(cè)繪工具為市面上現(xiàn)有的工程測(cè)量工具，滿足步驟1的測(cè)量需求即可，不限定具體型號(hào)；

5、步驟2：建立空間模型，施工人員使用移動(dòng)終端將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算單元，計(jì)算單元執(zhí)行空間模擬程序生成空間模型，計(jì)算單元再根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)執(zhí)行取樣分析程序計(jì)算出取樣點(diǎn)位置p1，移動(dòng)終端的端口與計(jì)算單元的端口建立無(wú)線通訊；

6、步驟3：取樣點(diǎn)取圍巖樣本，施工人員使用鉆機(jī)從取樣點(diǎn)位置p1獲取圍巖樣本，圍巖樣本直徑為50毫米，高度為100毫米，通過(guò)分析圍巖樣本，找到適用的力學(xué)性能參數(shù)的圍巖樣本，可以確定巷道內(nèi)部需要支護(hù)加固的區(qū)域；

7、步驟3：獲取樣本參數(shù)，實(shí)驗(yàn)室人員使用taw-2000微機(jī)控制電液伺服巖石三軸試驗(yàn)機(jī)對(duì)圍巖樣本進(jìn)行巖石力學(xué)性能參數(shù)測(cè)定，獲得圍巖樣本的力學(xué)性能參數(shù)，施工人員使用移動(dòng)終端將圍巖樣本的力學(xué)性能參數(shù)輸入計(jì)算單元，計(jì)算單元執(zhí)行支護(hù)模擬程序獲得支護(hù)點(diǎn)的位置p2、支護(hù)點(diǎn)的數(shù)量n1和支護(hù)點(diǎn)的深度d1，計(jì)算單元將位置p2、數(shù)量n1和深度d1傳輸至移動(dòng)終端供施工人員查看，力學(xué)性能參數(shù)包括強(qiáng)度粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ、彈性模量e和泊松比λ，后續(xù)步驟4到步驟7適用圍巖樣本的力學(xué)性能參數(shù)范圍如下：粘結(jié)力c＝1.0-1.5mpa，內(nèi)摩擦角φ＝22-28°，彈性模量e＝1.3-1.5gpa，泊松比λ＝0.32-0.35；

8、步驟4：初次支護(hù)，施工人員根據(jù)支護(hù)點(diǎn)的位置p2、數(shù)量n1和深度d1對(duì)巷道頂板和幫部使用錨桿進(jìn)行初次支護(hù)，施工人員在錨桿表面安裝測(cè)力計(jì)，測(cè)力計(jì)方便獲取應(yīng)力數(shù)據(jù)，初次支護(hù)使用的錨桿長(zhǎng)度為2.8米，錨桿之間的距離為800毫米，初次支護(hù)采用等效埋深法執(zhí)行，通過(guò)分析圍巖樣本的力學(xué)性能參數(shù)，在支護(hù)點(diǎn)安裝錨桿執(zhí)行初次支護(hù)，提高了巷道圍巖失穩(wěn)部位的安全性；

9、步驟5：應(yīng)力監(jiān)測(cè)，施工人員通過(guò)移動(dòng)終端將測(cè)力計(jì)上的應(yīng)力數(shù)據(jù)輸入計(jì)算單元，計(jì)算單元建立應(yīng)力分布圖，應(yīng)力分布圖橫坐標(biāo)為支護(hù)點(diǎn)的深度d1，應(yīng)力分布圖縱坐標(biāo)為應(yīng)力數(shù)據(jù)，計(jì)算單元將應(yīng)力數(shù)據(jù)輸入應(yīng)力分布圖中，計(jì)算單元再將應(yīng)力分布圖與空間模型堆疊得到應(yīng)力模型；

10、步驟6：加強(qiáng)支護(hù)，計(jì)算單元根據(jù)應(yīng)力模型執(zhí)行支護(hù)加強(qiáng)程序得到支護(hù)數(shù)據(jù)，計(jì)算單元將支護(hù)數(shù)據(jù)傳輸至移動(dòng)終端中供施工人員查看，指數(shù)數(shù)據(jù)包括卸壓鉆孔的深度x1、卸壓槽的寬度w2和卸壓槽的深度x2，施工人員根據(jù)支護(hù)數(shù)據(jù)開(kāi)設(shè)幫部卸壓鉆孔及底板卸壓槽，開(kāi)設(shè)幫部卸壓鉆孔前后，施工人員使用測(cè)繪工具測(cè)量巷道側(cè)面直墻表面位移距離，同時(shí)測(cè)量位移點(diǎn)與巷道拱基線的距離，巷道拱基線是指巷道的拱型部分與直墻部分的分界線，施工人員使用移動(dòng)終端將直墻表面位移距離和位移點(diǎn)與巷道拱基線的距離傳輸至計(jì)算單元，計(jì)算單元繪制位移曲線圖，如圖3所示，測(cè)力計(jì)獲取錨桿不同深度的應(yīng)力數(shù)據(jù)，施工人員通過(guò)移動(dòng)終端將測(cè)力計(jì)上的應(yīng)力數(shù)據(jù)輸入計(jì)算單元，計(jì)算單元繪制最大主應(yīng)力曲線圖，如圖4所示，由圖3和圖4可直觀看出，卸壓鉆孔為圖中卸壓孔，開(kāi)設(shè)幫部卸壓鉆孔可以有效改善直墻表面位移距離和巷道最大主應(yīng)力，通過(guò)采集應(yīng)力數(shù)據(jù)生成應(yīng)力模型，開(kāi)設(shè)幫部卸壓鉆孔及底板卸壓槽，可以改善巷道直墻表面的位移距離和巷道深部的應(yīng)力環(huán)境，巷道地表下深度h2≥800米的巷道區(qū)域即為巷道深部；

11、步驟7：錨桿注漿，施工人員向錨桿內(nèi)部注入混凝土，對(duì)錨桿進(jìn)行再次加固，待混凝土固化完成支護(hù)流程。

12、進(jìn)一步地，空間模擬程序具體包括以下步驟：

13、步驟21：巷道地表下深度h2大于等于800米時(shí)，計(jì)算單元開(kāi)始統(tǒng)計(jì)巷道長(zhǎng)度l1并將統(tǒng)計(jì)的統(tǒng)計(jì)巷道長(zhǎng)度l1標(biāo)記為測(cè)繪長(zhǎng)度l3；

14、步驟22：計(jì)算單元根據(jù)巷道偏轉(zhuǎn)角度a1的大小對(duì)測(cè)繪長(zhǎng)度l3進(jìn)行裁切，當(dāng)巷道偏轉(zhuǎn)角度a1<1°時(shí)，計(jì)算單元將巷道高度h1減去巷道寬度w1取絕對(duì)值得到裁切距離d2，計(jì)算單元以裁切距離d2為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)繪長(zhǎng)度l3進(jìn)行裁切，當(dāng)巷道偏轉(zhuǎn)角度1°≤a1≤5°時(shí)，計(jì)算單元以為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)繪長(zhǎng)度l3進(jìn)行裁切，當(dāng)巷道偏轉(zhuǎn)角度a1>5°時(shí)，計(jì)算單元以為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)繪長(zhǎng)度l3進(jìn)行裁切；

15、步驟23：計(jì)算單元測(cè)繪長(zhǎng)度l3的每個(gè)裁切點(diǎn)上建立巷道截面，巷道截面的寬度與巷道寬度w1相等，巷道截面的高度與巷道高度h1相等，計(jì)算單元將所有巷道截面按照測(cè)繪長(zhǎng)度l3的裁切順序一次排列得到模擬空間；

16、步驟24：計(jì)算單元將非均勻破碎圍巖最大長(zhǎng)度l2與非均勻破碎圍巖最大高度h3相乘得到非均勻破碎圍巖區(qū)域，計(jì)算單元將非均勻破碎圍巖區(qū)域穿插進(jìn)模擬空間中，非均勻破碎圍巖區(qū)域與每個(gè)巷道截面邊緣垂直且相切，非均勻破碎圍巖區(qū)域與模擬空間邊緣貼合得到空間模型；

17、取樣分析程序具體包括以下步驟：

18、步驟25：計(jì)算單元分別將測(cè)繪長(zhǎng)度l3的中點(diǎn)、非均勻破碎圍巖最大長(zhǎng)度l2的中點(diǎn)與非均勻破碎圍巖最大高度h3的中點(diǎn)兩兩相連得到三角區(qū)域，計(jì)算單元將三角區(qū)域標(biāo)記為取樣區(qū)域b1，跳轉(zhuǎn)到步驟26；

19、若測(cè)繪長(zhǎng)度l3的中點(diǎn)、最大長(zhǎng)度l2的中點(diǎn)和最大高度h3的中點(diǎn)均處于一條直線上，計(jì)算單元將位于直線中間的點(diǎn)刪去，計(jì)算單元將剩余的兩個(gè)點(diǎn)兩連作為取樣區(qū)域b2，該取樣區(qū)域?yàn)閮牲c(diǎn)連接的線段，跳轉(zhuǎn)到步驟27；

20、若測(cè)繪長(zhǎng)度l3的中點(diǎn)、最大長(zhǎng)度l2的中點(diǎn)和最大高度h3的中點(diǎn)均處于一點(diǎn)，計(jì)算單元將該點(diǎn)作為取樣區(qū)域b3，取樣區(qū)域b3為三點(diǎn)重合的交點(diǎn)，計(jì)算單元將取樣區(qū)域b3標(biāo)記為取樣點(diǎn)位置p1，程序終止；

21、步驟26：計(jì)算單元在取樣區(qū)域b1中建立內(nèi)切圓，計(jì)算單元生成一個(gè)豎直線，豎直線與內(nèi)切圓圓心重合，計(jì)算單元將豎直線與內(nèi)切圓相交的兩個(gè)點(diǎn)標(biāo)記為取樣點(diǎn)位置p1，程序終止；

22、步驟27：計(jì)算單元統(tǒng)計(jì)取樣區(qū)域b2中測(cè)繪長(zhǎng)度l3裁切點(diǎn)的數(shù)量f，計(jì)算單元將的裁切點(diǎn)標(biāo)記為取樣點(diǎn)位置p1，程序終止。

23、進(jìn)一步地，支護(hù)模擬程序具體包括以下步驟：

24、步驟31：計(jì)算單元預(yù)設(shè)中間參數(shù)g1和g2，計(jì)算單元通過(guò)公式計(jì)算得到中間參數(shù)g1和g2具體的數(shù)值；

25、步驟32：計(jì)算單元預(yù)設(shè)修正系數(shù)β，計(jì)算單元根據(jù)公式β＝1+0.5×λ計(jì)算得到修正系數(shù)β的具體數(shù)值；

26、步驟33：計(jì)算單元根據(jù)公式d1＝g1+g2+β×(g1×g2)計(jì)算得到支護(hù)點(diǎn)的深度d1；

27、步驟34：計(jì)算單元非均勻破碎圍巖最大長(zhǎng)度l2減去最大高度h3取絕對(duì)值得到差值j，計(jì)算單元將差值j除以支護(hù)點(diǎn)的深度d1得到支護(hù)點(diǎn)的數(shù)量n1；

28、步驟35：計(jì)算單元以取樣點(diǎn)位置p1為基點(diǎn)，分別沿著巷道長(zhǎng)度l1的兩端方向設(shè)置支護(hù)點(diǎn)的位置p2，基點(diǎn)兩端方向的位置p2數(shù)量相等，支護(hù)點(diǎn)的數(shù)量n1為偶數(shù)時(shí)，基點(diǎn)不作為支護(hù)點(diǎn)的位置p2，支護(hù)點(diǎn)的數(shù)量n1為奇數(shù)時(shí)，基點(diǎn)作為支護(hù)點(diǎn)的位置p2，每個(gè)支護(hù)點(diǎn)的位置p2之間的距離相等。

29、進(jìn)一步地，等效埋深法具體包括以下步驟：

30、步驟41：計(jì)算單元預(yù)設(shè)累計(jì)系數(shù)k，計(jì)算單元按照設(shè)置k個(gè)等分埋深點(diǎn)，埋深點(diǎn)內(nèi)部安裝錨桿，每個(gè)埋深點(diǎn)設(shè)置過(guò)后不再重復(fù)，按照設(shè)置第k埋深距離，累計(jì)系數(shù)k初始值為1且每次數(shù)值累加1；

31、k＝1時(shí)，第1埋深點(diǎn)分別為第個(gè)位置p2、第個(gè)位置p2、第個(gè)位置p2和第n1個(gè)位置p2，第1埋深距離為

32、k＝2時(shí)，第2埋深點(diǎn)分別為第個(gè)位置p2、第個(gè)位置p2、第個(gè)位置p2和第個(gè)位置p2，其中與相同，第個(gè)位置p2被設(shè)置過(guò)不再重復(fù)，同理和不再重復(fù)，第2埋深距離為

33、步驟42：累計(jì)系數(shù)k不斷累加以此類推按照步驟41設(shè)置埋深點(diǎn)和埋深距離，直至所有支護(hù)點(diǎn)的位置p2均設(shè)置成埋深點(diǎn)后停止，步驟41中若錨桿的埋深距離達(dá)到支護(hù)點(diǎn)的深度d1時(shí)停止增加埋深距離，所有埋深點(diǎn)均安裝錨桿后，從所有支護(hù)點(diǎn)的位置p2最邊緣向內(nèi)依次將所有錨桿的埋深距離增加到支護(hù)點(diǎn)的深度d1，執(zhí)行等效埋深法可以平衡安裝錨桿是圍巖表面的應(yīng)力分布，減少錨桿的支護(hù)對(duì)應(yīng)力環(huán)境的影響。

34、進(jìn)一步地，支護(hù)加強(qiáng)程序具體包括以下步驟：

35、步驟61：計(jì)算單元獲取應(yīng)力模型中的最大應(yīng)力fmax和最小應(yīng)力fmin，將大于等于的應(yīng)力數(shù)據(jù)標(biāo)記為高應(yīng)力區(qū)域；

36、步驟62：計(jì)算單元在應(yīng)力模型的幫部高應(yīng)力區(qū)域設(shè)置卸壓鉆孔，卸壓鉆孔之間間距800毫米，幫部為巷道側(cè)面直墻表面，計(jì)算單元在應(yīng)力模型的地板高應(yīng)力區(qū)域設(shè)置卸壓槽，卸壓鉆孔和卸壓槽設(shè)置完畢后計(jì)算單元統(tǒng)計(jì)卸壓鉆孔的數(shù)量n2和卸壓槽的數(shù)量n3；

37、步驟63：計(jì)算單元根據(jù)公式計(jì)算得到卸壓鉆孔的深度x1，合適的卸壓鉆孔的深度x1可以有效改善直墻表面位移距離和巷道最大主應(yīng)力；

38、步驟64：計(jì)算單元根據(jù)公式計(jì)算得到卸壓槽的寬度w2和卸壓槽的深度x2，合適的卸壓槽的寬度w2和卸壓槽的深度x2可以對(duì)巷道底板進(jìn)行應(yīng)力卸壓，巷道底板中部挖槽更有利于底板卸壓，但考慮到對(duì)巷道使用影響，在巷道兩幫開(kāi)挖卸壓槽更有利于巷道正常使用，幫部卸壓鉆孔及底板卸壓槽應(yīng)在巷道開(kāi)挖3天后實(shí)施。

39、本發(fā)明具有以下有益效果：

40、1、通過(guò)分析圍巖樣本的力學(xué)性能參數(shù)，在支護(hù)點(diǎn)安裝錨桿執(zhí)行初次支護(hù)，提高了巷道圍巖失穩(wěn)部位的安全性。

41、2、通過(guò)采集應(yīng)力數(shù)據(jù)生成應(yīng)力模型，開(kāi)設(shè)幫部卸壓鉆孔及底板卸壓槽，可以改善巷道直墻表面的位移距離和巷道深部的應(yīng)力環(huán)境。

42、當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。