【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及采礦工程，具體涉及一種通過構建數值模型來設計巷道圍巖支護方案的方法。
技術介紹
1、本部分的陳述僅僅是為了提供與本申請的技術方案有關的背景信息，以幫助理解，其對于本申請的技術方案而言并不一定構成現有技術。
2、隨著金屬礦山開采深度的逐年增加，深部巷道圍巖節理裂隙發育程度升高，由于圍巖節理裂隙發育存在較強的隨機性、空間分布的復雜性以及形態分布的多樣性等特征，常常導致施工人員對深部巷道圍巖的穩定性評價結果出現偏差，嚴重時引發巷道圍巖大變形、支護結構失效等一系列工程災害問題。研究深部巷道非均質圍巖的穩定性對于礦山安全高效開采具有重要的理論意義。但是，由于以往數值模擬研究常常將裂隙巖體視為各向同性的均勻介質，忽略了節理裂隙對深部巷道圍巖穩定性的影響，導致無法準確預測深部巷道圍巖的變形破壞情況。
3、目前，針對深部巷道圍巖穩定性分析以及巷道圍巖支護參數設計的數值模擬方法主要有：(1)有限元法：通過對網格單元進行拼接形成不規則形狀的研究對象，其計算效率不高、建模過程復雜，因此在模擬大尺度復雜工程問題時存在很大局限性。(2)有限差分法：利用均勻的網格來劃分求解域并通過少量離散點差分來代替微分計算，其建模過程方便、計算效率較高，針對大尺度復雜工程模擬也能適用。但是，由于有限差分法和有限元法均采用連續介質的方法進行求解，巖體中節理裂隙的參數需要用戶自行定義，很難進行有效的取值，從而無法準確地模擬工程實際問題，計算結果的可靠性差。
技術實現思路
1、針對上述問題，
2、(1)采用三維激光掃描儀并借助點云數據處理軟件，獲取巷道裸巖體的節理裂隙信息，所述節理裂隙信息包括節理裂隙的產狀分布、面積占比以及空間位置信息；
3、(2)通過地質鉆孔取芯獲得取芯鉆孔的rqd值，并用所取出的巖石制備標準試樣，對所述標準試樣開展單軸壓縮、巴西劈裂以及變角剪切實驗，獲取巖石的基本物理力學參數；
4、(3)根據取芯鉆孔的rqd值以及巷道裸巖體的節理裂隙信息，確定巖體地質強度指標gsi值，并基于hoek-brown強度準則對所獲取的巖石的基本物理力學參數進行折減，結合所述gsi值，得到巖體的基本物理力學參數；
5、(4)構建初始的塊體模型，并在其中建立半圓拱型巷道；
6、(5)基于monte-carlo隨機模擬方法生成新增節理裂隙，并使用步驟(1)獲取的節理裂隙與所述新增節理裂隙對所述初始的塊體模型進行塊體切割，構建復雜節理巖體巷道數值模型；
7、(6)使用所述巖體的基本物理力學參數對所述復雜節理巖體巷道數值模型進行賦參；
8、(7)對所述復雜節理巖體巷道數值模型設置邊界條件，并對所述復雜節理巖體巷道數值模型中的半圓拱型巷道進行開挖運算；
9、(8)分析開挖運算過程中所述復雜節理巖體巷道數值模型的監測數據，定位巷道圍巖失穩破壞區域，并設計巷道圍巖支護方案。
10、在一個實施例中，所述步驟(1)還包括獲取所述巷道裸巖體的優勢節理裂隙組。
11、在一個實施例中，所述標準試樣包括直徑50mm、高度100mm的標準圓柱試樣，直徑50mm、厚度25mm的標準圓盤試樣，邊長50mm的標準立方體試樣。
12、在一個實施例中，基于下述公式確定巖體地質強度指標gsi值：
13、
14、其中，jcond89代表節理條件，其取值根據巷道裸巖體的節理裂隙信息來確定。
15、在一個實施例中，生成所述新增節理裂隙時始終保證所有節理裂隙的產狀分布和尺寸大小滿足統計分布結果，以及其中，巷道裸巖體的節理裂隙空間位置服從正態分布。
16、在一個實施例中，所述對所述復雜節理巖體巷道數值模型設置邊界條件包括：對所述復雜節理巖體巷道數值模型的四周以及底部位置設置固定位移邊界條件，對頂部位置設置應力邊界條件，其中，應力邊界條件利用數字空心包體應變儀原位測量技術通過測量現場地應力來確定，并設置側壓系數λ來控制水平應力的施加。
17、在一個實施例中，所述監測數據包括巷道圍巖變形量、圍巖應力重分布以及塑性區分布。
18、在一個實施例中，采用3dec離散元數值模擬軟件構建初始的塊體模型。
19、在一個實施例中，所述步驟(1)包括：選取鉆爆掘進后的裸巖體巷道段，采用三維激光掃描儀并借助點云數據處理軟件，獲取巷道裸巖體的節理裂隙信息，所述裸巖體巷道段長度為2～3m。
20、在一個實施例中，所述hoek-brown強度準則是修正后的hoek-brown強度準則。
21、本方法結合數值模擬與現場調研，模擬了深部巷道在非均質巖體條件下圍巖的非均勻變形破壞特征，數值計算準確、可靠性強，從而為深部巷道非對稱支護以及分區支護提供依據。通過使用本申請的通過構建復雜節理巖體巷道數值模型來設計巷道圍巖支護方案的方法，所構建的復雜節理巖體巷道數值模型能夠準確地模擬工程實際問題，提高數值模擬結果的可靠性，另外，通過數值計算結果能準確分析深部巷道圍巖非均勻變形破壞機理，精準定位巷道圍巖失穩破壞區域，為設計巷道圍巖支護方案提供依據。
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1.一種通過構建數值模型來設計巷道圍巖支護方案的方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述步驟(1)還包括獲取所述巷道裸巖體的優勢節理裂隙組。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述標準試樣包括直徑50mm、高度100mm的標準圓柱試樣，直徑50mm、厚度25mm的標準圓盤試樣，邊長50mm的標準立方體試樣。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，基于下述公式確定巖體地質強度指標GSI值：
5.根據權利要求1所述的方法，其中，生成所述新增節理裂隙時始終保證所有節理裂隙的產狀分布和尺寸大小滿足統計分布結果，以及其中，巷道裸巖體的節理裂隙空間位置服從正態分布。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述對所述復雜節理巖體巷道數值模型設置邊界條件包括：
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述監測數據包括巷道圍巖變形量、圍巖應力重分布以及塑性區分布。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，采用3DEC離散元數值模擬軟件構建初始的塊體模型。
9.根據權利要求1所述的方法，其
10.根據權利要求1所述的方法，其中，所述Hoek-Brown強度準則是修正后的Hoek-Brown強度準則。
...【技術特征摘要】
1.一種通過構建數值模型來設計巷道圍巖支護方案的方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述步驟(1)還包括獲取所述巷道裸巖體的優勢節理裂隙組。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述標準試樣包括直徑50mm、高度100mm的標準圓柱試樣，直徑50mm、厚度25mm的標準圓盤試樣，邊長50mm的標準立方體試樣。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，基于下述公式確定巖體地質強度指標gsi值：
5.根據權利要求1所述的方法，其中，生成所述新增節理裂隙時始終保證所有節理裂隙的產狀分布和尺寸大小滿足統計...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李德賢，李地元，劉永平，弓昊，蔣園園，朱秀峰，白宇興，蘇玉娟，胡廣平，丁豐梅，
申請(專利權)人：金川鎳鈷研究設計院有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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