[发明专利]一种裂隙岩体巷道轴线走向确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石地下工程巷道轴向确定方法，具体是一种裂隙岩体巷道轴线走向确定方法。

背景技术

地下工程中巷道工程是不可或缺的，其稳定性如何将直接影响到生产安全和经济效益。在巷道工程设计过程中，巷道轴线走向和断面形状是核心，其中巷道轴线走向选择对巷道工程布置是战略性的，一经选择难以更改，将直接影响巷道的安全开挖和长期使用，一直备受工程界关注。工程设计中往往由工程师根据个人经验按矿体走向进行类比法设计。这样设计出的巷道轴线走向，如选择不当，将可能导致巷道出现片帮、冒落、垮落等地质灾害现象，以至于丧失其基本工程功能。对于裂隙岩体中的巷道，其稳定性主要受结构面自然禀赋产状、力学性质及岩石质量、地应力、地下水条件等复杂条件因素的影响，其中与巷道轴线走向选择最为密切的是结构面自然禀赋产状。其中，结构面交互切割形成了大量岩石块体，巷道轴线走向不同则岩石块体稳定性不同；如何选择巷道最佳轴线走向成为地下工程研究巷道稳定性的重点内容。

对于上述情况，已有学者进行了相关方面的研究。如：杨文军等利用遗传算法，以块体重量和稳定性系数为评价指标来进行走向优化选择；刘彬和高正夏借助Unwedge程序，以分析块体重量指标来确定最优走向；周建民等人从应尽可能使洞室轴线走向与破裂面走向呈大角度相交(≦90°)的洞轴线走向设计原则出发进行了相关研究。杨文军、刘彬等人的研究以块体重量作为评价工程稳定性的指标是值得商榷的，因为块体重量最大并不等于块体不稳定或者是达不到要求的安全系数，且都没有对在复杂裂隙岩体条件下如何从大量的结构面数据中筛选出代表性结构面组没有详细说明，距离工程实际运用有一定难度，同时还需注意到Unwedge程序是基于关键块体理论开发的，其假设结构面无限延伸是不符合工程实际的。周建民等人从应尽可能使洞室轴线走向与破裂面走向呈大角度相交(≦90°)的洞轴线走向设计原则出发，提出相应的计算原则和具体公式，却忽略了结构面本身的力学性质。归纳起来，上述研究存在代表性结构面组选择和评价指标不够科学两方面的不足。

裂隙岩体理论中关键块体理论和一般块体理论的进一步发展和计算机技术的进步，尤其是Unwedge、GeneralBlock程序的相继开发使得克服上述代表性结构面组选择难的问题成为了可能。

Unwedge是用于块体稳定性分析的程序，由E.Hoek依据关键块体理论开发研制。Unwedge程序继承了关键块体理论结构面无限延伸的理论缺陷，这种缺陷放大了工程实际中结构面对工程的影响。实际工程中结构面有一定的半径范围，有时并不会相交形成块体对工程造成安全威胁，且Unwedge程序一次性只能对3组裂隙组进行块体分析，面对工程实际中复杂的裂隙结构面显得不是很实用。虽然存在上述缺陷，但Unwedge程序在块体分析方面其功能还是相当强大的，特别是可以分析出块体在不同走向、不同倾向时的块体各种信息，是其他程序所不能比拟的。GeneralBlock是于青春教授基于一般块体理论开发的，是唯一一个“在有限延展裂隙，复杂开挖面形状”可以识别出所有块体的程序。该程序所处理的结构面数据是有一定的半径范围的，更符合工程实际，且一次性可以输入大量结构面数据并进行筛选。与Unwedge程序相比，GeneralBlock也包含块体识别、稳定计算、锚杆、锚索设计等功能，但是一次只能分析一个走向和倾向，这是该程序用于走向优化研究的不足之处。如能充分利用Unwedge程序和GeneralBlock程序各自的优点互补，将可以克服现有代表性结构面组选择和评价指标不够科学两方面的不足问题，可以较好地解决裂隙岩体巷道轴线走向优化难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有代表性结构面组选择和评价指标不够客观科学的缺点，克服关键块体理论的裂隙无限延伸理论缺陷，确定一种更为精确、合理的裂隙岩体巷道轴线走向确定方法。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：一种裂隙岩体巷道轴线走向确定方法，包括如下步骤：

1、工程地质调查，工程地质调查采用的方法为：精测网结构面调查法，所收集的工程原始数据包括：巷道断面形状、尺寸、走向；结构面的空间位置、产状、迹线长、张开度、结构面力学参数中的粘滞系数和内摩擦角；