重复采动巷道围岩裂隙注浆量的估计方法、装置及设备

本发明属于巷道支护安全，具体涉及一种重复采动巷道围岩裂隙注浆量的估计方法、装置及设备。

背景技术：

1、随着双巷掘进技术在长壁开采中应用广泛，为了防止煤矿不利地质构造引发的冒顶和突水事故，从而保障煤炭生产安全和生产效率，在本工作面回采巷道掘进时，同时掘出两条回采巷道，其中一条巷道服务本工作面，随着本工作面的回采逐渐废弃，另一条巷道留下来服务下一工作面，因此保留下来的巷道会受重复采动影响，导致巷道周围岩石的应力重新发布，在高应力的作用下导致巷道围岩遭到破坏，并在围岩内部产生裂隙，裂隙的扩展和贯通，因此，需要对巷道围岩的裂隙量进行预测。

2、近年来众多学者对重复采动巷道开展了大量的研究和探讨，但是对于重复采动巷道注浆量的估算研究依旧很少，目前很多学者是通过理论计算对巷道注浆量进行预测，这种方法在开采前期通过理论与数值模拟相结合对重复采动巷道围岩的裂隙量进行预测，但是通过数值模拟方法预测的裂隙变化量不够精确，当实际开采过程中遇到突发状况时会导致理论计算量与实际的裂隙量相差较大，从而导致巷道围岩支护工作效率低下，影响了煤炭生产安全和生产效率。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中数值模的方法预测的裂隙变化量不够精确，当实际开采过程中遇到突发状况时会导致理论计算量与实际的裂隙量相差较大，从而导致巷道围岩支护工作效率低下，影响了煤炭生产安全和生产效率的问题，本发明提供了重复采动巷道围岩裂隙注浆量的估计方法、装置及设备。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种重复采动巷道围岩裂隙注浆量的估计方法，包括如下步骤：

4、构建重复采动巷道围岩数值模型，根据数值模型获取巷道围岩在重复采动各阶段的裂隙破坏范围的监测数据，根据巷道现场监测站点获取裂隙发育深度的监测数据；

5、根据裂隙破坏范围的监测数据计算裂隙理论破坏范围面积；根据每次采动或掘进前后裂隙发育深度的监测数据计算裂隙的平均发育深度，根据平均发育深度计算巷道内空间的总实际等效破坏面积；

6、根据每次采动或掘进前后总实际等效破坏面积的变化量与理论破坏范围面积的变化量的比值得到修正系数，根据修正系数对理论破坏范围面积进行修正，得到修正后的破坏范围面积，根据修正后的破坏面积与每次采动或掘进前的修正后的破坏面积之差得到每次采动或掘进前后修正后破坏面积变化量；

7、根据修正后破坏面积变化量乘以巷道长度得到注浆量。

8、进一步地，所述根据裂隙破坏范围的监测数据计算裂隙理论破坏范围面积的步骤包括：

9、根据裂隙破坏范围的监测数据建立二维平面直角坐标系，根据裂隙破坏范围边界线上点数据拟合边界线的分段函数曲线，根据分段函数曲线对裂隙破坏范围进行积分求和，得到裂隙理论破坏范围面积。

10、进一步地，所述根据平均发育深度计算巷道内空间的总实际等效破坏面积的步骤包括：

11、所述裂隙发育深度包括巷道的顶板、底板、煤柱帮、煤壁帮四个面上的裂隙发育深度；

12、所述裂隙的平均发育深度的关系表达式为：

13、

14、其中，j＝{顶、底、柱、壁}，i是监测点钻孔的标号，lj′i是顶板、底板、煤柱帮或煤壁帮上的第i个钻孔裂隙发育深度最大值，xj是顶板、底板、煤柱帮或煤壁帮巷道内表面的位移量，即变形量；

15、根据平均发育深度计算巷道内空间的总实际等效破坏面积的相关公式如下：

16、

17、其中，是总实际等效破坏面积，是顶板、底板、煤柱帮或煤壁帮上实际等效破坏面积，n是最多允许钻孔的个数，r为钻孔半径，r两个半径相同的钻孔之间互不影响的最小距离的一半。

18、进一步地，所述修正系数计算公式如下：

19、

20、其中，是当前采动影响阶段总等效破坏面积，是上一次采动影响阶段总等效破坏面积，s3是当前采动影响阶段理论破坏范围面积，s2是上一次采动影响阶段理论破坏范围面积。

21、进一步地，所述根据修正系数对理论破坏范围面积进行修正得到修正后的破坏范围面积的步骤包括：

22、如果修正系数σ≤1，则不需要修正裂隙理论破坏范围面积，如果修正系数σ＞1，则根据修正系数σ来修正裂隙理论破坏范围面积，具体修正公式如下：

23、s'2＝s2*σ

24、其中，s2是当前采动影响阶段裂隙理论破坏范围面积，s'2是当前采动影响阶段修正后的破坏范围面积。

25、进一步地，所述注浆量计算公式如下：

26、δ1＝δs*c

27、δs＝s'2-s1

28、其中，δ1是当前采动影响阶段裂隙的注浆量，c代表巷道长度，δs是修正后破坏面积变化量，s'2是当前采动影响阶段修正后的破坏范围面积，s1是上一次采动影响阶段修正后的破坏范围面积。

29、一种重复采动巷道围岩裂隙注浆量的估计装置，包括：

30、数据获取模块，用于构建重复采动巷道围岩数值模型，根据数值模型获取巷道围岩在重复采动各阶段的裂隙破坏范围的监测数据，根据巷道现场监测站点获取裂隙发育深度的监测数据；

31、面积计算模块，用于根据裂隙破坏范围的监测数据计算裂隙理论破坏范围面积；根据每次采动或掘进前后裂隙发育深度的监测数据计算裂隙的平均发育深度，根据平均发育深度计算巷道内空间的总实际等效破坏面积；

32、修正模块，用于根据每次采动或掘进前后总实际等效破坏面积的变化量与理论破坏范围面积的变化量的比值得到修正系数，根据修正系数对理论破坏范围面积进行修正，得到修正后的破坏范围面积，根据修正后的破坏面积与每次采动或掘进前的修正后的破坏面积之差得到每次采动或掘进前后修正后破坏面积变化量；

33、结果获取模块，用于根据修正后破坏面积变化量乘以巷道长度得到注浆量。

34、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机执行指令，所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如上所述的一种重复采动巷道围岩裂隙注浆量的估计方法。

35、本发明提供的一种重复采动巷道围岩裂隙注浆量的估计方法具有以下有益效果：

36、本发明方法通过构建重复采动巷道围岩数值模型，根据数值模型获取巷道围岩在重复采动各阶段的裂隙破坏范围的监测数据，根据巷道现场监测站点获取裂隙发育深度的监测数据；根据裂隙破坏范围的监测数据计算裂隙理论破坏范围面积；根据每次采动或掘进前后裂隙发育深度的监测数据计算裂隙的平均发育深度，根据平均发育深度计算巷道内空间的总实际等效破坏面积；根据每次采动或掘进前后总实际等效破坏面积的变化量除以理论破坏范围面积的变化量得到修正系数，根据修正系数对理论破坏范围面积进行修正得到修正后的破坏范围面积，根据修正后的破坏面积得到每次采动或掘进前后修正后破坏面积变化量，根据修正后破坏面积变化量乘以巷道长度得到注浆量。

37、本方案通过巷道现场监测站点获取的实际数据与数值模型模拟理论数据相结合对重复采动巷道围岩的裂隙量的变化面积进行预测，通过总实际等效破坏面积对裂隙理论破坏范围面积进行修正后，来计算注浆量，修正后破坏范围面积的变化量会更加精确，且计算过程中只是涉及了简单的加减乘除运算，不涉及复杂的理论计算，提高了运算效率，能够及时给注浆量的预测提供理论依据，及时地给围岩的裂隙注浆，进而提高围岩的稳定性，从而提高巷道围岩支护工作效率和煤炭的生产效率，为煤炭生产安全提供安全保障；并改善锚杆锚索的锚固性能，为巷道围岩支护提供精确的范围，对巷道支护安全具有重要意义。