CN116522662A - 一种小型煤矿快速分类支护设计方法和*** - Google Patents

Abstract

本申请涉及煤矿巷道支护技术领域，提供一种小型煤矿快速分类支护设计方法和***。首先确定目标煤矿巷道，并确定典型断面；并根据典型断面的等效半径和围岩破坏范围，确定断面破坏扩展率；根据目标煤矿巷道所受地应力和目标煤矿巷道的岩体强度，确定埋深强度影响率；根据目标煤矿巷道的周围岩体的钻孔深度和目标煤矿巷道的周围岩体的裂隙长度之和，确定围岩岩体完整率；根据目标煤矿巷道的设计使用年限和目标煤矿巷道的一次成巷时间，确定巷道围岩稳定率；根据断面破坏扩展率、埋深强度影响率、围岩岩体完整率和巷道围岩稳定率，按比例分配权重系数后确定目标煤矿巷道的快速分类支护综合指标，以确定对目标煤矿巷道采取的分类支护方案。

Description

一种小型煤矿快速分类支护设计方法和***

技术领域

本申请涉及煤矿巷道支护技术领域，特别涉及一种小型煤矿快速分类支护设计方法和***。

背景技术

巷道围岩失稳问题一直是困扰煤矿安全、高效生产的重大难题之一，尤其是针对小型煤矿地质力学参数普遍匮乏现象，随着煤炭开采逐渐向深部发展，支护手段越来越困难。各种因素如地应力、巷道断面设计尺寸、地质构造和岩体强度等影响下，围岩节理裂隙发育、松散破碎、变形剧烈、破坏范围大；巷道冒顶、片帮及底鼓现象层出不穷，工程安全事故频频发生。而小型煤矿巷道支护设计大多依赖于工程经验为主，巷道围岩稳定性评价缺乏定量化方法和指标，导致恶劣条件下易发生拱顶坍塌、支护***失效等事故。

现有技术的分类支护设计方法通过先确定多个评价指标，然后在实验室进行模型试验获取相关数据，根据试验数据计算出综合评价指标，并基于该综合评价指标设计支护方案。

上述方法虽然考虑了多种支护影响因素并基于多种评价指标进行综合评价，然而，现有评价指标通常仅考虑巷道的强度、变形等方面的度量，无法全面反映巷道的受力情况，导致评价结果精度不足，支护方式针对性弱，支护参数设计不合理。其次，现有的评价指标所依赖的数据大多数来源于室内试验，不仅涉及巷道的仿真设计，并且涉及到多种仪器设备，工艺复杂且耗时较长，无法快速获取巷道围岩综合评价的结果，大大拖延工程进度。此外，现有方法主要针对资金相对雄厚、具备实验室建设能力的大中型煤矿，而小型煤矿资金薄弱，大多数无法承担实验室的建设资金，无法提供相应的实验条件，导致上述方法在小型煤矿上难以推广应用。

因此，亟需一种快速分类支护设计方法对其进行有效分析。

发明内容

本申请的目的在于提供一种小型煤矿快速分类支护设计方法和***，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种小型煤矿快速分类支护设计方法，包括：

步骤S101、确定目标煤矿巷道，并在所述目标煤矿巷道确定一个或多个典型断面；并根据所述典型断面的等效半径和围岩破坏范围，确定断面破坏扩展率；所述目标煤矿巷道为小型煤矿巷道；

步骤S102、根据目标煤矿巷道所受地应力和所述目标煤矿巷道的岩体强度，确定埋深强度影响率；

步骤S103、根据所述目标煤矿巷道的周围岩体的钻孔深度和所述目标煤矿巷道的周围岩体的裂隙长度之和，确定围岩岩体完整率；

步骤S104、根据所述目标煤矿巷道的设计使用年限和所述目标煤矿巷道的一次成巷时间，确定巷道围岩稳定率；

步骤S105、根据所述断面破坏扩展率、所述埋深强度影响率、所述围岩岩体完整率和巷道围岩稳定率，按比例分配权重系数后确定所述目标煤矿巷道的快速分类支护综合指标；

步骤S106、根据所述快速分类支护综合指标，确定对所述目标煤矿巷道采取的分类支护方案。

进一步地，所述围岩破坏范围是通过钻孔探测仪得到的，所述断面破坏扩展率的计算公式为：

式中，η₁为所述断面破坏扩展率，R₁为所述典型断面的等效半径，R₂为所述围岩破坏范围。

进一步地，所述目标煤矿巷道所受地应力是根据所述目标煤矿巷道的埋深和各土层重度的加权平均值计算得到的；

对应地，所述埋深强度影响率的计算公式为：

式中，η₂为所述埋深强度影响率，γ为各土层重度的加权平均值，H₀为所述目标煤矿巷道的埋深，σ为所述目标煤矿巷道的岩体强度。

进一步地，步骤S103具体为：

采用钻孔机对所述目标煤矿巷道的周围岩体进行钻孔，获取所述钻孔深度；

根据预设的裂隙张开缝长阈值，确定所述目标煤矿巷道的周围岩体的目标裂隙集合，并计算所述目标裂隙集合中各个裂隙的长度之和，得到所述目标煤矿巷道的周围岩体的裂隙长度之和；

所述围岩岩体完整率的计算公式为：

式中，η₃为所述围岩岩体完整率，H₀为所述钻孔深度，H₁为所述裂隙长度之和。

进一步地，所述巷道围岩稳定率的计算公式为：

式中，η₄为所述巷道围岩稳定率，T₀为所述目标煤矿巷道的设计使用年限，T₁为所述目标煤矿巷道的一次成巷时间。

进一步地，所述快速分类支护综合指标为：

式中，η为所述快速分类支护综合指标，α_i为第i个权重系数，η_i为第i个支护指标，所述支护指标为所述断面破坏扩展率、所述埋深强度影响率、所述围岩岩体完整率和巷道围岩稳定率中的任一个，i＝1,2,3,4。

进一步地，步骤S106具体为：

根据所述快速分类支护综合指标的取值范围，确定不同的支护等级；并针对不同所述支护等级，设计相应的分类支护方案。

进一步地，所述支护等级由低到高依次划分为C₁、C₂、C₃、C₄，每一所述支护等级与一个所述快速分类支护综合指标的取值范围相对应；

其中，C₁为低强度支护分区，对应的取值范围为C₁∈[η，3/4η)；

C₂为中等强度支护分区，对应的取值范围为C₂∈[3/4η，1/2η)；

C₃为高强度支护分区，对应的取值范围为C₃∈[1/2η，1/4η)；

C₄为极高强度支护分区，对应的取值范围为C₄∈[1/4η，0)；

η表示所述快速分类支护综合指标。

进一步地，所述分类支护方案为锚杆、锚索、注浆加固和U型钢、拱架的一种或多种组合，

确定对所述目标煤矿巷道采取的分类支护方案之后，还包括：

依据所述分类支护方案对所述目标煤矿巷道进行支护施工，并在施工完成后继续开展现场监测，获取所述目标煤矿巷道在支护施工后的支护参数。

本申请实施例还提供一种小型煤矿快速分类支护设计***，包括：

第一计算单元，配置为确定目标煤矿巷道，并在所述目标煤矿巷道确定一个或多个典型断面；并根据所述典型断面的等效半径和围岩破坏范围，确定断面破坏扩展率；所述目标煤矿巷道为小型煤矿巷道；

第二计算单元，配置为根据目标煤矿巷道所受地应力和所述目标煤矿巷道的岩体强度，确定埋深强度影响率；

第三计算单元，配置为根据所述目标煤矿巷道的周围岩体的钻孔深度和所述目标煤矿巷道的周围岩体的裂隙长度之和，确定围岩岩体完整率；

第四计算单元，配置为根据所述目标煤矿巷道的设计使用年限和所述目标煤矿巷道的一次成巷时间，确定巷道围岩稳定率；

综合指标计算单元，配置为根据所述断面破坏扩展率、所述埋深强度影响率、所述围岩岩体完整率和巷道围岩稳定率，按比例分配权重系数后确定所述目标煤矿巷道的快速分类支护综合指标；

支护设计单元，配置为根据所述快速分类支护综合指标，确定对所述目标煤矿巷道采取的分类支护方案。

有益效果：

本申请中，针对小型煤矿的特点设计评价指标，在确定目标煤矿巷道并选取典型断面后，通过获取典型断面的等效半径和围岩破坏范围，确定断面破坏扩展率；根据目标煤矿巷道所受地应力和目标煤矿巷道的岩体强度，确定埋深强度影响率；根据目标煤矿巷道的周围岩体的钻孔深度和目标煤矿巷道的周围岩体的裂隙长度之和，确定围岩岩体完整率；根据目标煤矿巷道的设计使用年限和目标煤矿巷道的一次成巷时间，确定巷道围岩稳定率；根据断面破坏扩展率、埋深强度影响率、围岩岩体完整率和巷道围岩稳定率，按比例分配权重系数后确定目标煤矿巷道的快速分类支护综合指标；根据快速分类支护综合指标，确定对目标煤矿巷道采取的分类支护方案。由于典型断面的等效半径、围岩破坏范围、目标煤矿巷道所受地应力、岩体强度、巷道的周围岩体的钻孔深度、巷道的周围岩体的裂隙长度之和、设计使用年限、一次成巷时间均为巷道现场快速获取的数据，将其作为计算评价指标的基础数据，无需进行试验即可快速获取巷道围岩稳定性的综合评价指标，并且，考虑到巷道埋深、一次成巷时间、钻孔深度、裂隙长度对巷道围岩的影响，避免传统多因素方法仅考虑巷道强度、变形等带来的精度不足问题，从而提供了一种更加全面、准确、快速、经济的分类支护设计方法，适用于在小型煤矿中推广应用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为根据本申请的一些实施例提供的小型煤矿快速分类支护设计方法的逻辑示意图；

图2为根据本申请的一些实施例提供的小型煤矿快速分类支护设计方法的流程示意图；

图3为根据本申请的一些实施例提供的小型煤矿快速分类支护设计***的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在以下描述中，所涉及的术语“第一/第二/第三”仅仅是区别类似的对象，不代表对对象的特定排序，可以理解地，“第一/第二/第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

示例性方法

本申请实施例提供一种小型煤矿快速分类支护设计方法，如图1、图2所示，该方法包括：

步骤S101、确定目标煤矿巷道，并在目标煤矿巷道确定一个或多个典型断面；并根据典型断面的等效半径和围岩破坏范围，确定断面破坏扩展率。

其中，目标煤矿巷道为小型煤矿巷道。实际中通常选定某一煤矿巷道作为目标煤矿巷道，并开展现场数据收集工作。

步骤S102、根据目标煤矿巷道所受地应力和目标煤矿巷道的岩体强度，确定埋深强度影响率。

步骤S103、根据目标煤矿巷道的周围岩体的钻孔深度和目标煤矿巷道的周围岩体的裂隙长度之和，确定围岩岩体完整率。

步骤S104、根据目标煤矿巷道的设计使用年限和目标煤矿巷道的一次成巷时间，确定巷道围岩稳定率。

步骤S105、根据断面破坏扩展率、埋深强度影响率、围岩岩体完整率和巷道围岩稳定率，按比例分配权重系数后确定目标煤矿巷道的快速分类支护综合指标。

步骤S106、根据快速分类支护综合指标，确定对目标煤矿巷道采取的分类支护方案。

分类支护设计通常应用在大中型煤矿巷道中，其通过评估巷道的稳定性特征提供不同的支护方案，能够有效提高支护质量并节约支护成本，然而小型煤矿资金小、技术力量薄弱，通常不具备大中型煤矿的技术专家团队和实验室条件，难以快速进行分类支护设计并获取科学、定量化的支护参数，如何快速进行指标分级，进而获取针对性强、支护参数科学定量的分级支护方案，成为小型煤矿目前普遍面临的难题之一。

本实施提供的方法针对小型煤矿上述难题，在确定要研究的目标煤矿巷道基础上，直接在巷道现场进行前期检测和测量工作以获取相关数据，该相关数据至少包括：典型断面的等效半径、围岩破坏范围、目标煤矿巷道所受地应力、岩体强度、巷道的周围岩体的钻孔深度、巷道的周围岩体的裂隙长度、设计使用年限、一次成巷时间。

然后根据上述数据计算得到断面破坏扩展率、埋深强度影响率、围岩岩体完整率、巷道围岩稳定率四个无量纲评价指标，接着基于四个无量纲评价指标计算分类支护综合指标。

传统的多指标评价中往往仅考虑强度和变形方面的因素，比如巷道所受应力、顶板结构、顶板岩性、顶板强度、煤岩体强度等，然而随着巷道埋深的增加，其受力大小和地层结构随之变化，进而影响到所采取的支护方式，并且，时间因素也会影响到巷道围岩的稳定性，一般来说，建成时间越短，其稳定性越高，随着时间的增长，整体稳定性将逐渐降低，而传统的方法均未考虑上述因素，导致得到的支护参数合理性受到质疑，无法指导现场支护。

本实施通过引入埋深强度影响率，用于表征巷道所处埋深不同对支护方式的影响，并创造性地将时间因素纳入到巷道围岩支护评价中，利用设计使用年限和巷道一次成巷时间确定巷道围岩稳定率，以表征巷道时间因素对围岩稳定性的影响，同时用围岩岩体完整率表征巷道中围岩裂隙对稳定性的影响，从而形成一种综合、全面、简单易操作的快速分类支护设计方法。

对断面破坏扩展率、埋深强度影响率、围岩岩体完整率和巷道围岩稳定率进行按比例分配权重系数，在确定各评价指标的重要性的同时考虑多因素的影响，进而计算得到目标煤矿巷道的快速分类支护综合指标。

其中，断面破坏扩展率、埋深强度影响率、围岩岩体完整率、巷道围岩稳定率均为无量纲指标，步骤S105所得到的快速分类支护综合指标也是无量纲指标，这样设计的好处在于：一方面能够将复杂的分类支护问题简化为一组无量纲参数的关系，减少计算量和分析难度，提高问题的可处理性，另一方面无量纲指标通常具有明确的物理意义，可以用来描述物理现象的特性和变化规律，方便进行比较和分析，采用无量纲指标能够适用于不同的测量条件和测量数据，具有普适性和通用性，能够在满足小型煤矿推广的需求，此外，使用无量纲指标可以将影响因素的量纲抵消，减小了实验误差和测量误差的影响，提高了数据分析和结果的精度。

综上所述，本申请实施例针对小型煤矿的特点设计评价指标，在确定目标煤矿巷道并选取典型断面后，通过获取典型断面的等效半径和围岩破坏范围，确定断面破坏扩展率；根据目标煤矿巷道所受地应力和目标煤矿巷道的岩体强度，确定埋深强度影响率；根据目标煤矿巷道的周围岩体的钻孔深度和目标煤矿巷道的周围岩体的裂隙长度之和，确定围岩岩体完整率；根据目标煤矿巷道的设计使用年限和目标煤矿巷道的一次成巷时间，确定巷道围岩稳定率；根据断面破坏扩展率、埋深强度影响率、围岩岩体完整率和巷道围岩稳定率，按比例分配权重系数后确定目标煤矿巷道的快速分类支护综合指标；根据快速分类支护综合指标，确定对目标煤矿巷道采取的分类支护方案。由于典型断面的等效半径、围岩破坏范围、目标煤矿巷道所受地应力、岩体强度、巷道的周围岩体的钻孔深度、巷道的周围岩体的裂隙长度之和、设计使用年限、一次成巷时间均为巷道现场快速获取的数据，将其作为计算评价指标的基础数据，无需进行试验即可快速获取巷道围岩稳定性的综合评价指标，并且，考虑到巷道埋深、一次成巷时间、钻孔深度、裂隙长度对巷道围岩的影响，避免传统多因素方法仅考虑巷道强度、变形等带来的精度不足问题，从而提供了一种更加全面、准确、快速、经济的分类支护设计方法，适用于在小型煤矿中推广应用。

一些实施例中，围岩破坏范围是通过钻孔探测仪得到的，断面破坏扩展率的计算公式为：

式中，η₁为断面破坏扩展率，R₁为典型断面的等效半径，R₂为围岩破坏范围。其中，R₁是使用巷道断面检测仪得到的。

一些实施例中，目标煤矿巷道所受地应力是根据目标煤矿巷道的埋深和各土层重度的加权平均值计算得到的；对应地，埋深强度影响率的计算公式为：

式中，η₂为埋深强度影响率，也称为岩体强度稳定率，γ为各土层重度的加权平均值，H₀为目标煤矿巷道的埋深，σ为目标煤矿巷道的岩体强度，岩体强度采用超声岩体参数试验仪得出。

一些实施例中，步骤S103具体为：采用钻孔机对目标煤矿巷道的周围岩体进行钻孔，获取钻孔深度；根据预设的裂隙张开缝长阈值，确定目标煤矿巷道的周围岩体的目标裂隙集合，并计算目标裂隙集合中各个裂隙的长度之和，得到目标煤矿巷道的周围岩体的裂隙长度之和；围岩岩体完整率的计算公式为：

式中，η₃为围岩岩体完整率，又称为岩体裂隙分布率，H₀为钻孔深度，H₁为裂隙长度之和。

传统的研究方法中，巷道周围岩体的深度通常根据经验设定为一个固定值，即固定测量范围，比如10米，然而，实际开采中随着深度的增加，经常出现相同巷道位置上、不同深度的岩体受力结构和岩体性质完全不同的情况，所需要采取的支护方案也不同，而将巷道周围岩体的深度设置为固定值，将会导致测量结果与实际情况不符，进而使得所设计的支护参数针对性较弱，甚至产生较大误差。本实施例中，钻孔深度由钻孔机钻孔得到，而不是人为设定，再利用钻孔探测仪得出钻孔周围岩体完整性，即裂隙长度之和，进而得出围岩岩体完整率，由此一定程度上提高了支护参数的准确性。

由于太小的裂隙长度不利于统计，且本身岩体就有原生裂隙，并非巷道按设计尺寸开挖导致，为了进一步提高准确性，本实施例原则上仅统计裂隙长度大于裂隙张开缝长阈值的裂隙，其中，裂隙张开缝长阈值可以根据先验知识获取，也可以根据目标煤矿巷道的历史情况进行确定，优选地，裂隙张开缝长阈值为3mm，也就是说，可以将长度大于3mm的裂隙作为目标煤矿巷道的周围岩体的目标裂隙集合，进而得到裂隙长度之和。

一些实施例中，巷道围岩稳定率的计算公式为：

式中，η₄为巷道围岩稳定率，也可以称为巷道服务周期使用率，T₀为目标煤矿巷道的设计使用年限，T₁为目标煤矿巷道的一次成巷时间。其中，设计使用年限是根据设计使用要求得出的，目标煤矿巷道的一次成巷时间是根据现场施工状况得到的。

一些实施例中，快速分类支护综合指标为：

式中，η为快速分类支护综合指标，α_i为第i个权重系数，η_i为第i个支护指标，支护指标为断面破坏扩展率、埋深强度影响率、围岩岩体完整率和巷道围岩稳定率中的任一个，i＝1,2,3,4。

一些实施例中，步骤S106具体为：根据快速分类支护综合指标的取值范围，确定不同的支护等级；并针对不同支护等级，设计相应的分类支护方案。

具体来说，根据步骤105得到的目标煤矿巷道的快速分类支护综合指标，定量划分出不同的支护等级，用于指导小型煤矿快速分类支护方案设计。

一些实施例中，支护等级由低到高依次划分为C₁、C₂、C₃、C₄，每一支护等级与一个快速分类支护综合指标的取值范围相对应。

其中，C₁为低强度支护分区，对应的取值范围为C₁∈[η，3/4η)；

C₂为中等强度支护分区，对应的取值范围为C₂∈[3/4η，1/2η)；

C₃为高强度支护分区，对应的取值范围为C₃∈[1/2η，1/4η)；

C₄为极高强度支护分区，对应的取值范围为C₄∈[1/4η，0)；

η表示快速分类支护综合指标。

一些实施例中，分类支护方案为锚杆、锚索、注浆加固和U型钢(或拱架)的一种或多种组合，确定对目标煤矿巷道采取的分类支护方案之后，还包括：依据分类支护方案对目标煤矿巷道进行支护施工，并在施工完成后继续开展现场监测，获取包括围岩破坏范围、岩体完整性、岩体强度等目标煤矿巷道在支护施工后的支护参数，进而评价分类支护方案的支护效果。

在一具体实施例中，针对不同的支护等级，所对应的分类支护方案为：分区C1低强度支护采用T1(即锚杆支护)，分区C2中等强度支护采用T1和T2(即锚索支护)组合支护，分区C3高强度支护采用T1(即锚杆支护)、T2(即锚索支护)和T3(即注浆加固)组合支护，分区C4极高强度支护采用T1(即锚杆支护)、T2(即锚索支护)、T3(即注浆加固)和T4(即U型钢或拱架加固)组合支护。

其中，注浆加固支护包括注浆材料比选、注浆参数设计、配套机具比选，U型钢或拱架封闭支护包括U型钢或拱架型号比选、支护参数设计、辅助工序组织。

此外，上述实施例还具有如下有益效果：

(1)上述实施例提供的方法填补了煤矿巷道支护设计方法中针对小型煤矿的空白，补充了煤矿巷道围岩控制技术体系。

(2)上述实施例提供的方法重视评价指标均来源于现场，用时短，能对小型煤矿巷道进行快速分类支护设计方法。

(3)上述实施例提供的方法针对性的选用四种分级支护方法，采用锚杆、锚索、注浆加固和U型钢(或拱架)的一种或多种组合支护形式，支护方式针对性强，支护参数科学定量。

总之，本实施例选定某一煤矿巷道并采集典型断面等效半径R₁、利用钻孔探测仪得到对应围岩破坏范围R₂，进而得到无量纲参数指标值断面破坏扩展率；利用煤矿巷道埋深H₀得出所受地应力γH₀，采用超声岩体参数试验仪得出岩体强度σ，得出埋深强度影响率；采用钻孔机钻孔周围岩体，得出钻孔深度h₀，利用钻孔探测仪得出钻孔周围岩体完整性，即裂隙长度之和h₁，得出围岩岩体完整率；根据设计使用要求得出巷道设计使用年限T₀，根据现场施工状况可得巷道一次循环步距成巷时间T₁，得出巷道围岩稳定率。由此，根据四个无量纲参数指标值且指标均来源于现场，可快速进行指标分级，进而提出四种分级支护方法，支护方式针对性强，支护参数科学定量，能够有效且快速解决小型煤矿巷道支护设计难题。

示例性***

本申请实施例提供一种小型煤矿快速分类支护设计***，如图3所示，该***包括：第一计算单元301、第二计算单元302、第三计算单元303、第四计算单元304、综合指标计算单元305和支护设计单元306。其中：

第一计算单元301，配置为确定目标煤矿巷道，并在目标煤矿巷道确定一个或多个典型断面；并根据典型断面的等效半径和围岩破坏范围，确定断面破坏扩展率；目标煤矿巷道为小型煤矿巷道；

第二计算单元302，配置为根据目标煤矿巷道所受地应力和目标煤矿巷道的岩体强度，确定埋深强度影响率；

第三计算单元303，配置为根据目标煤矿巷道的周围岩体的钻孔深度和目标煤矿巷道的周围岩体的裂隙长度之和，确定围岩岩体完整率；

第四计算单元304，配置为根据目标煤矿巷道的设计使用年限和目标煤矿巷道的一次成巷时间，确定巷道围岩稳定率；

综合指标计算单元305，配置为根据断面破坏扩展率、埋深强度影响率、围岩岩体完整率和巷道围岩稳定率，按比例分配权重系数后确定目标煤矿巷道的快速分类支护综合指标；

支护设计单元306，配置为根据快速分类支护综合指标，确定对目标煤矿巷道采取的分类支护方案。

本申请实施例提供的小型煤矿快速分类支护设计***，能够实现上述任一实施例提供的小型煤矿快速分类支护设计方法的步骤、流程，并达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型煤矿快速分类支护设计方法，其特征在于，包括：

步骤S101、确定目标煤矿巷道，并在所述目标煤矿巷道确定一个或多个典型断面；并根据所述典型断面的等效半径和围岩破坏范围，确定断面破坏扩展率；所述目标煤矿巷道为小型煤矿巷道；

步骤S102、根据目标煤矿巷道所受地应力和所述目标煤矿巷道的岩体强度，确定埋深强度影响率；

步骤S103、根据所述目标煤矿巷道的周围岩体的钻孔深度和所述目标煤矿巷道的周围岩体的裂隙长度之和，确定围岩岩体完整率；

步骤S104、根据所述目标煤矿巷道的设计使用年限和所述目标煤矿巷道的一次成巷时间，确定巷道围岩稳定率；

步骤S105、根据所述断面破坏扩展率、所述埋深强度影响率、所述围岩岩体完整率和巷道围岩稳定率，按比例分配权重系数后确定所述目标煤矿巷道的快速分类支护综合指标；

步骤S106、根据所述快速分类支护综合指标，确定对所述目标煤矿巷道采取的分类支护方案。

2.根据权利要求1所述的小型煤矿快速分类支护设计方法，其特征在于，所述围岩破坏范围是通过钻孔探测仪得到的，所述断面破坏扩展率的计算公式为：

式中，η₁为所述断面破坏扩展率，R₁为所述典型断面的等效半径，R₂为所述围岩破坏范围。

3.根据权利要求1所述的小型煤矿快速分类支护设计方法，其特征在于，所述目标煤矿巷道所受地应力是根据所述目标煤矿巷道的埋深和各土层重度的加权平均值计算得到的；

对应地，所述埋深强度影响率的计算公式为：

式中，η₂为所述埋深强度影响率，γ为各土层重度的加权平均值，H₀为所述目标煤矿巷道的埋深，σ为所述目标煤矿巷道的岩体强度。

4.根据权利要求1所述的小型煤矿快速分类支护设计方法，其特征在于，步骤S103具体为：

采用钻孔机对所述目标煤矿巷道的周围岩体进行钻孔，获取所述钻孔深度；

根据预设的裂隙张开缝长阈值，确定所述目标煤矿巷道的周围岩体的目标裂隙集合，并计算所述目标裂隙集合中各个裂隙的长度之和，得到所述目标煤矿巷道的周围岩体的裂隙长度之和；

所述围岩岩体完整率的计算公式为：

式中，η₃为所述围岩岩体完整率，H₀为所述钻孔深度，H₁为所述裂隙长度之和。

5.根据权利要求1所述的小型煤矿快速分类支护设计方法，其特征在于，所述巷道围岩稳定率的计算公式为：

式中，η₄为所述巷道围岩稳定率，T₀为所述目标煤矿巷道的设计使用年限，T₁为所述目标煤矿巷道的一次成巷时间。

6.根据权利要求1所述的小型煤矿快速分类支护设计方法，其特征在于，所述快速分类支护综合指标为：

式中，η为所述快速分类支护综合指标，α_i为第i个权重系数，η_i为第i个支护指标，所述支护指标为所述断面破坏扩展率、所述埋深强度影响率、所述围岩岩体完整率和巷道围岩稳定率中的任一个，i＝1,2,3,4。

7.根据权利要求1所述的小型煤矿快速分类支护设计方法，其特征在于，步骤S106具体为：

根据所述快速分类支护综合指标的取值范围，确定不同的支护等级；并针对不同所述支护等级，设计相应的分类支护方案。

8.根据权利要求6所述的小型煤矿快速分类支护设计方法，其特征在于，

所述支护等级由低到高依次划分为C₁、C₂、C₃、C₄，每一所述支护等级与一个所述快速分类支护综合指标的取值范围相对应；

其中，C₁为低强度支护分区，对应的取值范围为C₁∈[η，3/4η)；

C₂为中等强度支护分区，对应的取值范围为C₂∈[3/4η，1/2η)；

C₃为高强度支护分区，对应的取值范围为C₃∈[1/2η，1/4η)；

C₄为极高强度支护分区，对应的取值范围为C₄∈[1/4η，0)；

η表示所述快速分类支护综合指标。

9.根据权利要求1所述的小型煤矿快速分类支护设计方法，其特征在于，所述分类支护方案为锚杆、锚索、注浆加固和U型钢、拱架的一种或多种组合，

确定对所述目标煤矿巷道采取的分类支护方案之后，还包括：

依据所述分类支护方案对所述目标煤矿巷道进行支护施工，并在施工完成后继续开展现场监测，获取所述目标煤矿巷道在支护施工后的支护参数。

10.一种小型煤矿快速分类支护设计***，其特征在于，包括：

第一计算单元，配置为确定目标煤矿巷道，并在所述目标煤矿巷道确定一个或多个典型断面；并根据所述典型断面的等效半径和围岩破坏范围，确定断面破坏扩展率；所述目标煤矿巷道为小型煤矿巷道；

第二计算单元，配置为根据目标煤矿巷道所受地应力和所述目标煤矿巷道的岩体强度，确定埋深强度影响率；

第三计算单元，配置为根据所述目标煤矿巷道的周围岩体的钻孔深度和所述目标煤矿巷道的周围岩体的裂隙长度之和，确定围岩岩体完整率；

第四计算单元，配置为根据所述目标煤矿巷道的设计使用年限和所述目标煤矿巷道的一次成巷时间，确定巷道围岩稳定率；

综合指标计算单元，配置为根据所述断面破坏扩展率、所述埋深强度影响率、所述围岩岩体完整率和巷道围岩稳定率，按比例分配权重系数后确定所述目标煤矿巷道的快速分类支护综合指标；

支护设计单元，配置为根据所述快速分类支护综合指标，确定对所述目标煤矿巷道采取的分类支护方案。