(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 202111608533.4 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 太原理工大 学 地址 030024 山西省太原市迎泽西大街79 号 (72)发明人 闫小军　戴祥淋　任宝恒　张旭军　 薛苏良　韩超　田计宏　吴陪林　 高瑞　 (74)专利代理 机构 太原晋科知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 14110 代理人 任林芳 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种掘进巷道空顶区优化支护方法 (57)摘要 本发明属于巷道支护方法领域， 具体是一种 掘进巷道空顶区优化支护方法。 包括以下步骤。 S1： 获取所掘巷道的几何参数以及煤岩体力学实 验参数； S2： 选定五组不同的空顶区长度 L1、L2、 L3、L4、L5； S3： 等比例构建数值计算模型， 模拟巷 道掘进一定长度后支护并开挖空顶区长度时顶 板的变形量； S4： 设计空顶区顶板初始支护方案； S5： 对巷道顶板施加初始支护方案， 模拟分析巷 道开掘下一个空顶区长度后， 模拟计算上一个空 顶区顶板支护后变形值d； S6： 若空顶区顶板支护 后进一步变形值d≤10mm且S≤50mm， 则该支护方 案合理； 若空顶区顶板支护后进一步变形值d＞ 10mm， 则不合理， 改进初始支护方案， 模拟进 一步 变形值d， 直到进 一步变形值d≤10mm且S≤50mm， 确定支护方案 。 权利要求书1页 说明书2页 附图1页 CN 114282281 A 2022.04.05 CN 114282281 A 1.一种掘进巷道空顶区优化支护方法， 其特 征在于： 包括以下步骤， S1： 获取所掘巷道的几何参数以及煤岩体力学实验参数； S2： 选定五组不同的空顶区长度 L1、L2、L3、L4、L5； S3： 采用FLAC3D模拟软件， 依据巷道几何参数以及煤岩体力学参数， 等比例构 建数值计 算模型， 模拟巷道掘进50 m后支护并开挖空顶区长度时顶板的变形量， 得出在不同空顶区长 度条件下， 巷道未进行支护时的顶板最大 下沉值S1、S2、S3、S4、S5； S4： 在一般的巷道支护过程中， 当锚固区内顶板间的空隙超过  50 mm 时便被视为离 层， 不符合支护要求， 为了更好地保障巷道的施工安全， 因此选择 S1、S2、S3、S4、S5中S≤50mm 的s最大值对应的空顶区长度为研究对象， 设计空顶区顶板初始 支护方案； S5： 对巷道顶板施加初始支护方案， 模拟分析巷道开掘下一个空顶区长度后， 模拟计算 上一个空顶区顶板支护后变形值d； S6： 空顶区顶板支护后进一步变形值d≤10mm时， 说明顶板基本稳定， 因此若空顶区顶 板支护后进一步变形值d≤10mm且S≤50mm， 则该支护 方案合理； 若空顶区顶板支护后进一 步变形值d＞10mm， 则不合理， 改进初始支护方案， 模拟进一步变形值d， 直到进一步变形值d ≤10mm且S≤50mm， 确定支护方案 。 2.根据权利要求1所述的掘进巷道空顶区优化支护方法， 其特征在于： 所述步骤S2中， ； 结合现场地质条件， 根据类似地质条件下的合理空顶区长度作为中间数 L3，选定五组不 同 的空顶区长度 L1、L2、L3、L4、L5按公差=2m的等差函数依次确定 。 3.根据权利要求1所述的掘进巷道空顶区优化支护方法， 其特征在于： 所述步骤S3中， 模拟巷道掘进5 0m后支护并开挖空顶区长度时顶板的变形量。 4.根据权利要求1所述的掘进巷道空顶区优化支护方法， 其特征在于： 所述步骤S5中， 初始支护方案运用直接工程类比法， 根据类似条件的 已有经验， 进行支护类型和支护参数 的初始支护方案设计。 5.根据权利要求1所述的掘进巷道空顶区优化支护方法， 其特征在于： 所述步骤S6中， 初始支护方案不合理时， 加大锚杆支护密度对初始支护方案进行改进， 在其余布置参数不 改变的情况下， 适当增加每排锚杆的根数， 单排锚杆锚固数量在初始支护方案基础上增加1 ～2根； 减小锚杆排距， 在 初始支护方案排距基础上降低10% ～20%。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114282281 A 2一种掘进巷道空顶区优化支护方 法 技术领域 [0001]本发明属于巷道 支护方法领域， 具体是一种掘进巷道空顶区优化支护方法。 背景技术 [0002]煤巷快速掘进是矿井实现提高单掘速度、 解决采掘矛盾、 推动煤矿机械化升级的 重要保障， 是优化煤巷掘进中破岩、 支护、 装运三大工序之间的配置问题。 科学合理的空顶 距是巷道安全快速掘进的前提。 空顶距的留设对整个掘进作业起着至关重要的作用， 空顶 距过小会使掘支作业交替频繁而严重影响巷道掘进速度;空顶距过大时虽生产效率提高， 但更容易发生顶板冒落等安全事故。 因此在保证安全工作的前提下， 确定空顶距离的合理 尺寸是快速掘进的前提。 [0003]我国煤矿主要是地下开采， 需要在井下开掘 大量巷道， 采用合理的巷道支护来保 持巷道畅通和围岩稳定对煤矿建设与生产具有重要意义。 煤矿巷道支护经历了木支护、 砌 碹支护、 型钢支护到锚杆支护的漫长过程。 多年来国内外的实践经验表明， 锚杆支护是经 济、 有效的支护技术， 与棚式支架支护相比， 锚杆支护显著提高了巷道支护效果， 降低了巷 道支护成本， 减轻了工人劳动强度。 更重要的是锚杆支护大大简化了采煤工作面端头支护 和超前支护工艺， 保证了安全生产， 为采煤工作面的快速推进和煤炭产量的大幅度提高创 造了良好条件。 发明内容 [0004]本发明为了能够确定巷道合理空顶区并给出合理的支护方案， 提供一种掘进巷道 空顶区优化支护方法。 [0005]本发明采取以下技术方案： 一种掘进巷道空顶区优化支护方法， 包括以下步骤。 S1： 获取所掘巷道的几何参数以及煤岩体力学实验参数； S2： 选定五组不同的空顶区长度 L1、L2、L3、L4、L5； S3： 采用FLAC3D模拟软件， 依据巷道几何参数以及煤岩体力学参数， 等比例 构建数值计算模型， 模拟巷道掘进一定长度后支护并开挖 空顶区长度时顶板的变形量， 得 出在不同空顶区长度条件下， 巷道未进行支护时的顶板最 大下沉值 S1、S2、S3、S4、S5； S4： 选择 S1、S2、S3、S4、S5中S≤50mm的s最大值对 应的空顶区长度为研究对象， 设计空顶区顶板初始支 护方案； S5： 对巷道顶板施加初始支护方案， 模拟分析巷道开掘下一个空顶区长度后， 模拟 计算上一个空顶区顶板支护后变形值d； S 6： 若空顶区顶板支护后进一步变形值d≤10mm且S ≤50mm， 则该支护方案合理； 若空顶区顶板支护后进一步变形值d＞10mm， 则不合理， 改进初 始支护方案， 模拟进一 步变形值d， 直到进一 步变形值d≤10m m且S≤50mm， 确定支护方案 。 [0006]步骤S2中， 结合现场地质条件， 根据类似地质条件下的合理空顶区长度作为中间 数L3； 选定五组不同的空顶区长度 L1、L2、L3、L4、L5按公差=2m的等差函数依次确定 。 [0007]步骤S3中， 模拟巷道掘进5 0m后支护并开挖空顶区长度时顶板的变形量。 [0008]步骤S5中， 初始支护方案运用直接工程类比法， 根据类似条件的已有经验， 进行支 护类型和支护参数的初始 支护方案设计。说　明　书 1/2 页 3 CN 114282281 A 3