[发明专利]一种回采巷道底板破坏范围的确定方法

摘要

本发明公开了一种回采巷道底板破坏范围的确定方法，通过建立巷道底板破坏力学模型，给出了确定巷道底板破坏范围的方法，为底鼓型回采巷道选择合理有效的支护方案提供新技术。本发明紧密结合巷道底板变形破坏特征，通过建立巷道底板破坏力学模型分析了巷道底板稳定性，并给出了稳定性判据。建立了巷道底板破坏范围计算模型，定量分析确定了巷道底板的破坏范围，可为类似回采巷道支护方案的合理选择提供借鉴。

主权项

1.一种回采巷道底板破坏范围的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立巷道底板破坏力学模型：建立巷道底板破坏力学模型：受岩体极限承载力P和底板上均布载荷q的作用，根据土力学地基极限承载力原理，把巷道底板极限平衡区分为主动极限区oac三角区、被动极限区odb三角区和过渡区cod扇形区，底板oac区与odb区分别处于主动和被动塑性应力状态；底板岩体破坏最大深度为h_dmax；主动契体A上的最小主应力为σ_3A，最大主应力为σ_1A；被动契体B上的最小主应力为σ_3B，最大主应力为σ_1B；根据极限平衡条件，σ_3A＝σ_1B；A区底板最大主应力σ_1A为垂直应力，B区最大主应力σ_1B为水平应力；巷道底板稳定性分析：被动契体B的最小主应力为σ_3B＝q，主动契体A的最大主应力为岩体极限承载力P，主动区滑移线边界角为岩石内摩擦角，c为内聚力；根据摩尔‑库伦强度准则：将σ_3B＝q代入(1)式得：由极限平衡条件σ_3A＝σ_1B，得：对主动契体A，根据摩尔‑库伦强度准则，有：将(3)代入(4)得：由σ_1A＝P，岩体极限承载力P为：若巷道底板不采用任何处理，即q＝0时：借鉴双折减系数强度折减法提出底板强度折减系数η，折减后内聚力c^*＝ηc，折减后岩石内摩擦角可得：考虑巷道开挖后的支承压力峰值系数k，巷帮承受的载荷为P₁：P₁＝kP₀                 (9)式中，P₀为巷道原岩应力，单位为MPa；则巷道底板稳定性判据为：(2)确定巷道底板破坏范围当巷道底板破坏，建立底板破坏范围计算模型，其中，L为巷帮下部底板极限平衡区宽度，单位为m；r₀为主动极限区与过渡区共线oc边长，单位为m；r_θ为过渡区螺旋半径，单位为m；h_bd为巷帮底板破坏区深度，单位为m；h_dmax为底板岩体破坏最大深度，单位为m；l_max为巷道底板破坏最深处与巷帮的距离，单位为m；由于△oac和△bod为等腰三角形，则有ac＝oc＝r₀，可得：主动契体A和被动契体B的滑移线为两组直线，主动区滑移线边界角被动区滑移线边界角而过渡区C的滑移线为一组对数螺线；其中心点为O，曲线方程为：式中，θ为r_θ与r₀之间的夹角，单位为度；由于△oac和△bod为等腰三角形，可得：∠cod＝π‑α‑β＝π/2               (12)则，过渡区的巷道底板破坏深度h_d为：当时，h_d达最大破坏深度，简化得：可得：将(16)代入(14)可得底板岩体破坏最大深度为：当时，巷帮底板破坏区深度：将(10)代入(17)和(18)，得：由(19)可以求得：进而得到在一定时，底板岩体破坏最大深度与巷帮下部底板极限平衡区宽度成线性增长；巷道底板破坏最深处与巷帮的距离l_max为：