(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211009220.1 (22)申请日 2022.08.23 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115081258 A (43)申请公布日 2022.09.20 (73)专利权人 中国矿业大 学 （北京） 地址 100083 北京市海淀区学院路丁1 1号 专利权人 北京力岩科技有限公司 (72)发明人 王琦　黄玉兵　马玉琨　高红科　 王帅　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 武博 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/08(2012.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01)(56)对比文件 CN 114483024 A,202 2.05.13 CN 114320459 A,202 2.04.12 黄玉兵等.深部软岩硐室群破坏机制与施工 过程优化. 《中国矿业大 学学报》 .2021, 王琦等.深部大断面硐室破坏机制与锚注控 制方法研究. 《采 矿与安全工程学报》 .2020, Tan Y等.Numerical i nvestigation of failure evo lution for the sur rounding rock of a super ‐large secti on chamber group in a deep coal mi ne. 《Energy Science & Engineering》 .2019, 刘光程等.深部高应力立井连接硐室群围岩 稳定控制与支护技 术. 《煤矿安全》 .2016,(第10 期), 张毅等.开挖顺序对硐室群围岩稳定性影响 及支护对策. 《河南理工大 学学报(自然科 学 版)》 .2016,(第04期), 审查员 张骞 (54)发明名称 深部硐室群开挖补偿控制方法 (57)摘要 本发明公开了深部硐室群开挖补偿控制方 法， 涉及地下工程围岩 控制领域， 包括： 建立开挖 扰动优化评价指标， 根据评价指标确定开挖顺 序； 建立动静载扰动下的力学模型， 进行动静载 验算， 形成开挖降扰设计； 获取注浆加固参数， 进 行注浆强化补偿设计； 获取支护参数， 进行高预 应力支护补偿设计； 结合开挖降扰设计、 注浆强 化补偿设计和 高预应力支护补偿设计得到开挖 补偿控制方案。 本发明通过注浆强化破碎围岩， 高预应力补偿开挖卸荷， 从而解决因自身开挖引 起的卸荷区范围广、 围岩变形大的问题； 通过建 立力学模型、 数值模型和进行理论计算， 实现对 围岩单元体在各个阶段的受力状态进行定性的 描述与比较， 增 加了支护设计的可靠性。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115081258 B 2022.11.08 CN 115081258 B 1.深部硐室群开挖补偿控制方法， 其特 征在于， 包括： 建立开挖扰动优化评价指标， 根据评价指标确定开挖顺序； 建立动静载扰动下的力学 模型， 进行动静载验算， 形成开挖降扰设计； 获取注浆加固参数， 进行注浆强化补偿设计； 获取支护参数， 进行高预应力支护补偿设计； 结合开挖降扰设计、 注浆强化补偿设计和高预应力支护补偿设计得到开挖补偿控制方 案； 其中， 开挖顺序确定包括以下步骤： 步骤一： 对地下工程的断面尺寸、 相对位置、 地应力、 围岩参数进行充分调研， 建立工程 地质模型； 步骤二： 根据现场工程地质模型， 采用适应工程特点的数值软件建立与工程研究区域 1:1的计算模型， 并结合现场监测数据对 模型进行 校核； 步骤三： 将硐室群不同硐室的开挖顺序排列组合， 形成开挖模拟方案， 并在 建立的计算 模型中进行模拟； 步骤四： 建立针对性的开挖扰动优化评价指标， 对数值试验结果进行量化分析， 比选得 到备选开挖次序； 开挖扰动优化评价指标包括围岩表征变形量、 围岩 扰动变形增量， 优化评 价模型； 开挖顺序的选择以满足开挖扰动优化评价指标为标准， 对于满足标准的开挖顺序， 以围岩表征变形量和围岩扰动变形增量 最小者为最优； 步骤五： 综合 考虑现场施工组织设计， 确定最佳开挖次序； 动静载验算包括以下步骤： 步 骤 一 ：建 立 动 静 载 扰 动 下 的 力 学 模 型 ，通 过 静 载 应 力 增 量 公 式 ， 计算得到静 荷载应力增量； 其中， 为径向应力增量； 为切向应力增量r2为扰动硐室半径； σ0为原岩应 力； φ为岩体内摩擦角， °； l为弹性区内某点距扰动硐室中心的距离； 步骤二： 通过动荷载应力增量计算公式 ， 计算得到动荷载应力增 量； 其中， σD为扰动硐室爆破荷载； λE为应力衰减系数； L 为到扰动硐室的距离； 步骤三： 将动荷载应力增量与静荷载应力增量叠加， 并绘制扰动后单元体应力状态图， 以此判定 围岩在支护开挖扰动后的稳定状态； 在确定开挖方式后， 通过围岩破坏条件计算 公式 进行围岩单元体开挖瞬时应力状态计 算； 其中， c为岩体粘聚力， kN； φ为岩体内摩擦角， °； σr为径向应力； σc为单轴抗压强度， MPa， 以此判断 围岩的破坏状态； 并绘制开挖瞬 间单元体应力状态图； 注浆强化补偿设计包括以下步骤：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115081258 B 2步骤一： 根据现场围岩变形监测情况， 当变形量达到注浆阈值后， 对围岩进行注浆加 固； 步骤二： 选择强度高、 可施加高预应力、 延伸率 好的注浆锚索作为支护材 料； 步骤三： 注浆材料可选择不同配比的水泥浆液， 并添加注浆添加剂； 先将浆液制作成室 内试验试块， 通过力学性能测定后选择性能优的浆液配比； 步骤四： 首先通过注浆锚索对围岩施加预应力， 然后利用注浆锚索内部的注浆管进行 围岩注浆， 注浆压力通过开展现场注浆加固预 试验确定； 步骤五： 通过数字围岩原位钻探和拉拔力测试， 定量评价围岩等效强度提高率和拉拔 力提高率， 优化注浆支护参数设计； 高预应力支护补偿设计包括以下步骤： 步骤一： 对类似工程条件下的硐室监测数据进行调研分析， 研究预测在 围岩控制中可 能遇到的问题； 步骤二： 选择强度高、 延伸率高和可施加高预应力的支护锚杆/索； 步骤三： 硐室成型后， 及时进行锚网喷支护， 并对支护锚杆/索施加足够大的预应力； 步骤四： 为了保证 高预应力能够有效施加， 采用加长锚固的方式提高支护锚杆/索的锚 固力； 完成高预应力支护补偿设计、 注浆强化补偿设计和开挖降扰设计后， 将设计参数带入 公式 计算得到塑性区围岩应力， 通过公 式 计算得到塑性区半径， 以此判断围岩整体稳定 性； 其中，pi表示塑性区的内压力， a为硐室 半径。 2.根据权利要求1所述的深部硐室群开挖补偿控制方法， 其特征在于， 还包括全过程实 时监测， 全过程实时监测包括开挖过程监测、 注浆过程监测、 高预应力支护监测、 硐室群整 体稳定性评价。 3.根据权利要求2所述的深部硐室群开挖补偿控制方法， 其特征在于， 开挖监测包括顶 板沉降量、 底臌量、 顶板离层量、 不同帮部位置变形量； 注浆过程监测包括注浆全程的注浆 压力、 浆液渗出量； 高预应力支护监测包括施加预应力损失值、 锚杆或锚索受力值； 硐室群 整体稳定性评价 通过建立整体稳定性评价指标进行判定 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115081258 B 3