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原文传递一种巷道围岩裂隙岩体承载能力评估方法

专利名称：	一种巷道围岩裂隙岩体承载能力评估方法
摘要：	本发明公开了一种巷道围岩裂隙岩体承载能力评估方法，包括：确定影响巷道围岩岩体承载能力的裂隙分布特征，建立巷道围岩裂隙岩体承载能力分层结构模型；确定各个裂隙分布特征的重要程度指标，确定各影响因素的权重，确定裂隙岩体强度因子Q区间；对巷道围岩裂隙岩体承载能力分级并进行评价；量化巷道围岩岩体裂隙分布形态，确定巷道裂隙赋存环境下各影响因素的权重；求出巷道围岩对应的裂隙岩体强度因子Q，得到巷道围岩裂隙发育水平评估结果。本发明能够根据巷道开挖后围岩裂隙分布特征细致、有效、全面地分析评估巷道围岩裂隙岩体承载能力，为巷道围岩稳定控制提供评价依据，对矿井开采过程中保障巷道全生命周期安全长时稳定具有重要意义。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	李桂臣;郝浩然;孙元田;许嘉徽;李菁华;杨森;卢忠诚;沃小芳;廖金松;邵泽宇
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-28T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202310939593.7
公开号：	CN117074646A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	潘文龙
分类号：	G01N33/24;E21F17/18;G;E;G01;E21;G01N;E21F;G01N33;E21F17;G01N33/24;E21F17/18
申请人地址：	221000 江苏省徐州市铜山区大学路1号
主权项：	1.一种巷道围岩裂隙岩体承载能力评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、确定影响巷道围岩岩体承载能力的裂隙分布特征，建立巷道围岩裂隙岩体承载能力分层结构模型；步骤二、确定各个裂隙分布特征的重要程度指标，基于层次分析法确定各影响因素的权重，确定裂隙岩体强度因子Q区间；步骤三、根据裂隙岩体强度因子Q区间对巷道围岩裂隙岩体承载能力分级并进行评价；步骤四、通过钻孔窥视法量化巷道围岩岩体裂隙分布形态，确定巷道裂隙赋存环境下各影响因素的权重；步骤五、求出巷道围岩对应的裂隙岩体强度因子Q，得到巷道围岩裂隙发育水平评估结果。 2.如权利要求1所述的一种巷道围岩裂隙岩体承载能力评估方法，其特征在于，步骤一中，所述裂隙分布特征包括：裂隙倾角、裂隙长度、裂隙端部距离、裂隙垂直距离、裂隙数量、以及裂隙岩体围压；其中，裂隙长度是指单条裂隙两端点连线路径长度；裂隙倾角是指垂直围岩岩壁方向与巷道走向方向平面内所成夹角；裂隙间端部距离是指单位面积内多条裂隙分布时邻近裂隙端部两点间距离；裂隙间垂直距离是指单位面积内多条裂隙分布时裂隙中心点之间距离；裂隙数量是指单位面积内裂隙个数；裂隙岩体围压是指根据巷道埋深所产生地应力大小在裂隙岩体周围形成的平均压力。 3.如权利要求2所述的一种巷道围岩裂隙岩体承载能力评估方法，其特征在于，步骤一中，建立巷道围岩裂隙岩体承载能力分层结构模型包括三层，分别为目标层a、准则层b、方案层c；所述目标层a为裂隙岩体强度特征分析；所述准则层b包括裂隙倾角b1、裂隙长度b2、裂隙端部距离b3、裂隙垂直距离b4、裂隙数量b5、以及裂隙岩体围压b6，各准则层包含若干子准则层，其中：裂隙倾角B1包括小于30度b11、30度至60度b12和大于60度b13三个子准则；裂隙长度b2包括小于20毫米b21和大于20毫米b22两个子准则；裂隙端部距离b3包括小于5毫米b31和大于5毫米b32两个子准则；裂隙垂直距离b4包括小于25毫米b41和大于25毫米两个子准则b42；裂隙数量b5包括稀疏排列b51和密集排列b52；裂隙岩体围压b6包括低围压b61和高围压b62；所述方案层c为评估裂隙岩体承载能力。 4.如权利要求3所述的一种巷道围岩裂隙岩体承载能力评估方法，其特征在于，步骤二中，确定各个裂隙分布特征的重要程度指标的计算公式为：式中，aij为第i个元素和第j个元素的相对重要程度值；ai为第i个元素的重要程度；aj为第j个元素的重要程度，相对重要程度值满足层次分析法对重要程度比较法则的要求。 5.如权利要求4所述的一种巷道围岩裂隙岩体承载能力评估方法，其特征在于，步骤二中，所述基于层次分析法确定各影响因素的权重的过程为：根据各因素重要程度比较值建立裂隙岩体强度分析判断矩阵A、裂隙倾角判断矩阵B1、裂隙长度判断矩阵B2、裂隙端部距离判断矩阵B3、裂隙垂直距离判断矩阵B4、裂隙数量判断矩阵B5和裂隙岩体围压判断矩阵B6；计算各个判断矩阵最大特征值及其特征向量，并对判断矩阵进行一致性检验，若检验通过，则各影响因素重要程度比较合理，若检验不通过，则需重新构造判断矩阵后再进行一致性检验，特征向量值为各影响因素的权重依据；所述特征向量由方根法及规范化处理求得，最大特征值由特征向量和积法求得，其计算公式为：式中，记判断矩阵为A，各个判断矩阵特征向量为Wi，其最大特征值为λmax，将矩阵A的各行进行乘积，得到属于λmax标准化特征向量为W＝(W1，W2…，Wn)T；所述一致性检验为判断矩阵一致性指标CI与同阶平均随机一致性指标RI之比为随机一致性比率，其计算公式为：式中，RI为随机一致性指标值，由查表可得，CI为一致性指标，n为阶数。 6.如权利要求5所述的一种巷道围岩裂隙岩体承载能力评估方法，其特征在于，步骤二中，所述确定裂隙岩体强度因子Q区间是指根据准则层与其对应的子准则层乘积值确定裂隙岩体强度因子Q总体取值范围。 7.如权利要求6所述的一种巷道围岩裂隙岩体承载能力评估方法，其特征在于，步骤三中，所述根据裂隙岩体强度因子Q区间对巷道围岩裂隙岩体承载能力分级并进行评价，包括：当裂隙岩体强度因子Q处于0.60～0.71时，裂隙非常发育，岩体可承载强度非常低，极易发生裂隙扩展贯通失稳破坏，对地下工程产生严重影响；当裂隙岩体强度因子Q处于0.45～0.60时，裂隙发育，岩体可承载强度低，岩体较容易发生贯通破坏，对地下工程会产生较大影响；当裂隙岩体强度因子Q处于0.30～0.45时，裂隙较发育，岩体有一定承载强度，需要较强扰动才会进一步失稳破坏，对部分地下工程产生一定影响。当裂隙岩体强度因子Q处于0.20～0.30时，裂隙不易发育，岩体承载能力高，几乎不受裂隙发育贯通影响，无特殊环境地下工程稳定性高。 8.如权利要求7所述的一种巷道围岩裂隙岩体承载能力评估方法，其特征在于，步骤四中，所述通过钻孔窥视法量化巷道围岩岩体裂隙分布形态的过程为，在巷道顶底板及两帮打设钻孔，通过钻孔窥视仪观测裂隙岩体中裂隙长度、倾角及其分布形态，计算机导出钻孔窥视数字图像分析围岩裂隙发育情况，进而得到目标巷道围岩裂隙岩体强度因子Q与巷道围岩裂隙发育水平评估结果。