[发明专利]一种节理化巷道块体稳定性分析与吸能支护的一体化方法

说明书

一种节理化巷道块体稳定性分析与吸能支护的一体化方法，采用三维激光扫描系统对巷道围岩进行岩体节理面信息的获取；通过对节理面信息进行分析与统计，构建出巷道岩体三维可视化模型；运用运动学方法对块体运动方式及稳定性进行分析，并确定块体为稳定块体或为会发生滑动的关键块体；对关键块体受压节理面进行分析，获得块体的滑动方式为塌落或为滑落；在关键块体中部位置，并垂直关键块体的临空面打入吸能锚杆进行支护；将各个锚杆通过光纤线缆连接到集中监测系统中形成支护监测网，完成节理化巷道块体稳定性分析及支护一体化过程。该方法能充分分析块体的类型及滑动方式，能避免盲目的支护作业，能通过针对性支护的方式提高巷道围岩的稳定性。

技术领域

本发明属于地下巷道支护技术领域，具体是一种节理化巷道块体稳定性分析与吸能支护的一体化方法。

背景技术

地下岩体在形成和发展过程中均会受到复杂的地质作用，使岩体产生了具有一定方向和弱力学强度的节理面，节理面将岩体切割成若干形状不同的岩石块体。节理面对巷道围岩的强度及变形特征起着非常重要的作用。此外，被节理面切割的块体对巷道的稳定性起着决定性因素，即块体的稳定性决定着巷道的稳定性。然而，以往的巷道支护方式，多采用传统的吸能锚杆进行支护，并以一定间排距在整个巷道中布设锚杆。这种传统的支护方式，主要具有以下两方面的不足：一方面没有对岩体节理面信息进行有效的获取，没有针对性的分析巷道块体的形态，未充分分析块体的类型及滑动方式，盲目性的在整个巷道布设了锚杆进行支护，不仅容易导致支护效果的不理想，而且造成了支护的过剩，也使得支护材料产生了较大的浪费。另一方面，传统的吸能锚杆在支护结构方面具有一定的不足，具体主要有以下两点不足。第一，大部分杆体尾部具有吸能机构的锚杆在支护过程中于杆体的头部使用了锚固剂，这样，锚固剂的性能会直接影响吸能机构的吸能效果，并且锚固剂在搅拌过程中产生的粉尘容易对人体造成伤害，锚固剂自身的化学物质对地下环境也容易造成污染。第二，传统的吸能锚杆只有一个吸能机构，只能完成一次吸能让压作业，进而只能应对一次高应力扰动，并不适用于长时间的高应力扰动，适用性具有一定的局限性。然而，现阶段，随着地下工程的深度逐渐增大，巷道围岩节理化的现象愈加明显，高应力扰动周期愈加频繁。因此，急需一种能适用于深部节理化巷道块体稳定性分析与吸能支护的一体化方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种节理化巷道块体稳定性分析与吸能支护的一体化方法，该方法能对岩体节理面信息进行有效的获取，并能充分分析块体的类型及滑动方式，不仅能避免盲目的支护作业，节省了支护资源，而且能通过针对性支护的方式提高巷道围岩的稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供一种节理化巷道块体稳定性分析与吸能支护的一体化方法，包括如下步骤：

步骤一：岩体节理面信息获取；

采用三维激光扫描系统对巷道围岩进行岩体节理面信息的获取；

步骤二：构建三维可视化模型；

通过对节理面信息进行分析与统计，构建出巷道岩体三维可视化模型；

步骤三：块体运动学分析；

通过岩体三维可视模型，运用运动学方法对块体运动方式及稳定性进行分析，并确定块体运动是否满足公式(1)，若不满足则块体为稳定块体，且不会发生滑动，不需要采取支护措施，结束节理化巷道块体稳定性分析及支护一体化过程；若满足则块体为关键块体，且会发生滑动，执行步骤四；

式中，为块体中任意第i个节理面指向块体(31)内部的法向量；i为节理面的数量，i＝1，2，…，n；为块体的位移矢量；

步骤四：分析关键块体滑动方式；