(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111461703.0 (22)申请日 2021.12.0 3 (71)申请人 山东科技大 学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港 路579号 申请人 东北大学 (72)发明人 冯帆　赵兴东　陈绍杰　李怀宾　 尹大伟　江宁　汪锋　盛守前　 闫至开　张鑫源　 (74)专利代理 机构 青岛锦佳专利代理事务所 (普通合伙) 37283 代理人 黄钰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种深部高应力硬岩板裂化岩爆释能支护 体系设计方法 (57)摘要 本发明提供了一种深部高应力硬岩板裂化 岩爆释能支护体系设计方法， 涉及矿山支护技术 领域。 该深 部高应力硬岩板裂化岩爆释能支护体 系设计方法， 包括如下步骤： 步骤一、 获取矿体及 围岩参数； 步骤二、 矿体及围岩质量分级； 步骤 三、 矿体及围岩参数修正； 步骤四、 采动影 响下围 岩板裂化岩爆演化过程分析； 步骤五、 支护方案 选型。 本发明设计合理， 实现方便， 安全高效， 成 本较低； 选择的支护方案应用于现场深部高应力 硬岩巷道支护试验并监测， 发现巷道围岩应变量 较小， 能够有效控制巷道围岩的围岩板裂化岩 爆， 为深部高应力硬岩围岩板裂化岩爆控制提供 重要的理论依据和技 术支撑。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 114297824 A 2022.04.08 CN 114297824 A 1.一种深部高应力硬岩板裂化岩爆释能支护体系设计方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： 步骤一、 获取矿体及围岩参数 步骤11、 获取结构面参数 通过结构面调查获取矿体及围岩的岩石质量指标RQD值、 节理间距、 节理条件、 地下水 条件和节理方向修 正值； 步骤12、 获取力学参数 通过室内试验获取矿体及围岩的密度、 单轴抗压强度、 抗拉强度、 弹性模量、 泊松比、 内 聚力和内摩擦角； 步骤二、 矿体及围岩质量分级 步骤21、 基于RMR岩体质量分级方法 RMR值由RMR 公式确定， RMR 公式如下： RMR＝R1+R2+R3+R4+R5+R6； 式中， R1为单轴抗压强度； R2为岩石质量指标RQD值； R3为节理间距； R4为节理条件； R5为地下 水条件； R6为节理方向修 正值； 步骤22、 基于GSI岩体质量分级方法 GSI值由GSI图表法确定； 步骤三、 矿体及围岩参数修 正 基于霍克 ‑布朗岩体强度准则、 岩体变形模量计算公式、 等效摩尔 ‑库伦参数将力学参 数修正得到修 正后的矿体及围岩的变形模量、 抗压强度、 抗拉强度、 内聚力和内摩擦角； 步骤四、 采动影响下围岩板裂化岩爆 演化过程分析 将修正后的矿体及围岩的变形模量、 抗压强度、 抗拉强度、 内聚力和内摩擦角作为数值 模拟软件的输入， 进行采动影响下围岩板裂化岩爆演化过程数值模拟， 获得抛掷后板裂体 初始速度、 抛掷板裂 体质量、 巷道(硐室)围岩板裂 体分布范围； 步骤五、 支护方案 选型 巷道(硐室)围岩表面的能量Ec＝Ee+Ep＝0.5mv2+mgh； 式中， Ee为围岩发生板裂化岩爆时产生的动能Ee＝0.5mv2； Ep为围岩发生板裂化岩爆时产生的 势能Ep＝mhg； m为岩爆抛掷的板裂体质量， 为单位面积、 岩爆深度和密度的乘积； v为岩爆抛 掷的板裂 体的初始速度， 单位 为m/s； g为重力加速度； h为抛掷的板裂 体距离底板的高度； 假设单根释能锚杆能够释放的最大能量为e， 且释能锚杆间排距s2＝a×b， 其中， a为释 能锚杆的横向间距， b为释能锚杆的纵向间距， 则释能锚杆单位面积释放的能量E＝e/(a × b)； 为了保证巷道围岩的稳定， 释能锚杆单位面积释放的能量E要不小于矿体及 围岩表面 的能量Ec， 即E≥Ec； 在巷道支护设计中， 为 提高巷道围岩的稳定， 取安全系数 λ， 则由能量平衡原理可 得： E＝ λEc；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114297824 A 2则释能锚杆的间排距 对释能锚杆进行选型， 对释能锚杆的横向及纵向间距进行选型， 对金属网、 锚固剂、 锚 杆托盘进行选型， 得到若干种支护方案； 将修正后的矿体及围岩的变形模量、 抗压强度、 抗拉强度、 内聚力和内摩擦角作为数值 模拟软件的输入， 并将若干种支护方案作为数值模拟软件的输入， 在不同支护方案下进行 采动影响下围岩稳定性数值模拟， 选择围岩稳定性 最好的支护方案 。 2.根据权利要求1所述的一种深部高应力硬岩板裂化岩爆释能支护体系设计方法， 其 特征在于， 步骤三中， 基于霍克 ‑布朗岩体强度准则， 计算霍克 ‑布朗参数mb、 s和α， 霍克 ‑布 朗参数mb、 s和 α 由如下公式确定： 式中， Mi为完整岩石材 料常数； D为节理岩体 扰动参数； 修正后的变形模量计算公式如下： 式中， Ei为岩石的弹性模量， GPa； 采用如下公式确定修 正后的抗压强度和抗拉强度： σcm/σci＝RMR/(RMR+6(10 0‑RMR))； 式中， σci为岩石的单轴抗压强度， MPa； σtmass＝‑sσci/mb。 式中， σci为岩石单轴抗压强度； 采用如下公式确定修 正后的内聚力和内摩擦角： 式中，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114297824 A 3