[发明专利]基于弹性地基梁的矩形巷道挤压流动性底臌防治方法

摘要

本发明公开了一种基于弹性地基梁的矩形巷道挤压流动性底臌防治方法，包括步骤：一、巷道开挖；二、围岩基本力学参数确定；三、巷道支护方案确定：对巷道帮部支护体系和底板支护体系的支护结构进行确定时，过程如下：巷帮极限平衡区宽度确定、巷道底板最大破坏深度及巷道底板最大破坏深度处至相邻巷道帮壁的水平距离确定和巷道帮部支护体系与底板支护体系确定；四、巷道围岩支护施工；五、下一节段开挖及巷道围岩支护施工；六、多次重复步骤五，直至完成矩形巷道的全部开挖及巷道围岩支护施工过程。本发明方法步骤简单、实现方便且投入成本低、使用效果好，能有效解决矩形巷道的挤压流动性底臌问题，避免了巷道返修工作，且施工成本低。

主权项

一种基于弹性地基梁的矩形巷道挤压流动性底臌防治方法，其特征在于：沿巷道纵向延伸方向由前至后分多个节段对需进行底臌灾害防治的巷道进行开挖及巷道围岩支护施工，需进行底臌灾害防治的巷道为横断面为矩形的矩形巷道(1)，多个所述节段的开挖及巷道围岩支护施工方法均相同；对于任一节段进行开挖及巷道围岩支护施工时，包括以下步骤：步骤一、巷道开挖：对当前所施工节段进行开挖；步骤二、围岩基本力学参数确定：通过对现场所取岩样进行室内试验，对步骤一中开挖后当前所施工节段的围岩基本力学参数进行测试，并对测试结果进行同步记录；步骤三、巷道支护方案确定：所采用的巷道支护方案为沿巷道延伸方向由前至后布设在矩形巷道(1)内的多个巷道支护单元，多个所述巷道支护单元的结构均相同；所述巷道支护单元包括布设在矩形巷道(1)顶板上的顶板支护体系、布设在矩形巷道(1)底板上的底板支护体系和布设在矩形巷道(1)左右两侧巷道帮上的巷道帮部支护体系，所述顶板支护体系、所述底板支护体系和所述巷道帮部支护体系均布设在同一巷道断面上；对所述巷道支护方案进行确定时，需对所述顶板支护体系、所述底板支护体系和所述巷道帮部支护体系的支护结构分别进行确定，且确定过程如下：对所述顶板支护体系所采用的支护结构进行确定时，根据步骤二中所确定的围岩基本力学参数，确定当前所施工节段的顶板支护体系所采用的支护结构；对所述巷道帮部支护体系和所述底板支护体系的支护结构进行确定时，其确定过程如下：步骤301、巷帮极限平衡区宽度确定：根据公式$-b\·\frac{k_1\mathrm{\γH}}{{2x}_0}\left\{x_0\right[\frac{e^{-\mathrm{\λ}{x}_0}}{2\mathrm{\λ}}(\sin \mathrm{\λ}{x}_0-\cos \mathrm{\λ}{x}_0)+\frac{1}{2\mathrm{\λ}}]-\frac{x_0}{2\mathrm{\λ}}{e}^{-\mathrm{\λ}{x}_0}\·(\sin \mathrm{\λ}{x}_0-\cos \mathrm{\λ}{x}_0)-\frac{1}{2{\mathrm{\λ}}^2}\sin \mathrm{\λ}{x}_0\·e^{-\mathrm{\λ}{x}_0}\}-b\·\frac{\mathrm{\γH}}{4\mathrm{\λ}}[\frac{1}{2\mathrm{\λ}}-$$\frac{e^{-\mathrm{\λh}}}{2\mathrm{\λ}}(\cos \mathrm{\λh}-\sin \mathrm{\λh})]-b\·\frac{(k_1-1)\mathrm{\γH}}{2}\·\frac{e^{-\mathrm{\λh}}}{2\mathrm{\λ}}(\sin \mathrm{\λh}-\cos \mathrm{\λh}+\frac{1}{2\mathrm{\λ}})+b\·\frac{(k_1-1)\mathrm{\γH}}{4\mathrm{\λ}}\·e^{-\mathrm{\λh}}(\sin \mathrm{\λh}-\cos \mathrm{\λh}+\frac{1}{2{\mathrm{\λ}}^2}\·$$\sin \mathrm{\λh}\·e^{-\mathrm{\λh}})-b\·h\·\mathrm{\τ}=0---\left(1\right),$计算得出巷帮极限平衡区宽度x₀且其单位为m；式(1)中，H为当前所施工节段的埋深且其单位为m，k₁为当前所施工节段两帮岩体弹塑性界面上的应力集中系数，γ为当前所施工节段上覆岩层的平均容重且其单位为N/m³，h为当前所施工节段两帮岩体弹性区的宽度且h＝h₀±Δh，h₀为矩形巷道(1)的净高且其单位为m，Δh＝0.2m～0.3m，λ为当前所施工节段中弹性地基梁的弹性特征值，所述弹性地基梁为当前所施工节段的两帮岩体，b为所述弹性地基梁的纵向长度且其单位为m；步骤302、巷道底板最大破坏深度及巷道底板最大破坏深度处至相邻巷道帮壁的水平距离确定：结合步骤二中所确定的围岩基本力学参数和步骤301中所确定的巷帮极限平衡区宽度x₀，且根据公式计算得出当前所施工节段的巷道底板岩体最大破坏深度h_max且其单位为m；同时，根据公式计算得出当前所施工节段底部左右两侧的巷道底板岩体最大破坏深度处距相邻巷道帮壁的水平距离l且其单位为m；式(2)和(3)中，为当前所施工节段巷道底板岩体的内摩擦角且其单位为度；步骤303、巷道帮部支护体系与底板支护体系确定：根据步骤301中所确定的巷帮极限平衡区宽度x₀，确定当前所施工节段的巷道帮部支护体系所采用的支护结构；同时，根据步骤302中所确定的巷道底板最大破坏深度h_max和巷道底板最大破坏深度处至巷道帮壁的水平距离l，确定当前所施工节段的底板支护体系所采用的支护结构；步骤四、巷道围岩支护施工：根据步骤三中所确定的巷道支护方案，对当前所施工节段进行支护施工；步骤五、下一节段开挖及巷道围岩支护施工：重复步骤一至步骤四，对下一节段进行开挖及巷道围岩支护施工；步骤六、多次重复步骤五，直至完成矩形巷道(1)的全部开挖及巷道围岩支护施工过程。