(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 202210957987.0 (22)申请日 2022.08.11 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115034097 A (43)申请公布日 2022.09.09 (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 山东能源集团有限公司 　 北京力岩科技有限公司 　 北京数字岩石科技有限公司 (72)发明人 江贝　马玉琨　张修峰　黄玉兵　 章冲　任文涛　张京泉　王帅　 马凤林　 (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)G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 113010956 A,2021.0 6.22 CN 109854252 A,2019.0 6.07 CN 113803083 A,2021.12.17 CN 112464340 A,2021.0 3.09 CN 112483121 A,2021.0 3.12 CN 105241510 A,2016.01.13 US 20182 91736 A1,2018.10.1 1 EP 3620606 A1,2020.0 3.11 牛伟锋.预应力锚杆支护技 术分析及参数设 计. 《山西能源学院学报》 .2017,第3 0卷(第04 期), 王兴开等.滑动构造区极松散 煤巷围岩大变 形控制机制试验研究. 《岩石力学与工程学报》 .2018,(第02期), 审查员 陈静 (54)发明名称 地下工程 开挖补偿设计方法 (57)摘要 本发明公开了地下工程开挖补偿设计方法， 涉及地下工程围岩控制领域， 包括高预应力设 计、 扩散方式设计和耐久性设计， 得到开挖补偿 设计方案； 建立预应力数值计算模型， 计算预应 力值； 根据预应力值确定预应力施加方式和受力 载体形成高预应力设计； 选择护表构件， 建立地 下工程围岩数值模型， 得到护表构 件不同布置形 式下围岩力学参数； 根据围岩力学参数建立综合 评价指标， 确定最优护表构件布置形式； 建立围 岩和支护构件数值计算模型， 确定传力范围， 形 成扩散方式设计； 选择锚固方式， 进行承载力测 定； 根据支护构件恒阻吸能效果测定试验得到恒 阻吸能性能； 根据支护构 件复合受力性能测定试 验得到抗扰动性能， 形成耐久性设计； 保证了围 岩控制的可靠性。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115034097 B 2022.11.08 CN 115034097 B 1.地下工程开挖补偿设计方法， 其特征在于， 分别进行高预应力设计、 扩散方式设计和 耐久性设计， 得到开挖补偿设计方案； 其中， 通过建立预应力数值计算模型， 计算预应力值； 根据 预应力值确定预应力施加方 式和受力载体， 形成高预应力设计； 选择护表构件， 并建立地下工程围岩数值模型， 得到护表构件不同布置形式下的围岩 力学参数； 根据围岩力学参数建立 综合评价指标， 确定最优的护表构件布置形式； 建立围岩 和支护构件数值计算模型， 确定传力范围， 形成扩散方式设计； 选择锚固方式， 并进行承载力测定； 根据支护构件的恒阻吸能效果测定试验得到恒阻 吸能性能； 根据支护构件复合受力性能测定试验， 得到抗扰动性能， 形成 耐久性设计； 其中， 通过综合评价指标计算公式， 对比计算结果， 扩散效率综合评价指标值越低说明 应力扩散效果越好， 选择模拟方案中扩散效率 综合评价指标最低的布置形式； 即， 建立扩散 效率综合评价指标 x1、 x2、 x3为修正系数， h为塑性区范围， s为围岩变形值， w为围岩内应力突变点距巷道的 距离， 确定最优的护表构件布置形式； 传力范围设计根据围岩岩层分布情况和护表构件尺寸， 构建以围岩和 支护构件共同作 为研究对象的数值计算模型， 模拟得到不同锚杆或锚索施打位置和施打角度的围岩内部传 力范围， 以此确定锚杆或锚索 在护表构件上的开 孔位置及施打角度； 恒阻吸能设计以吸能需求值为标准， 结合所选择支护构件的恒阻吸能性 能进行支护构 件数量和支护间排距的设计； 以 为指导进行支护构件数量的计算， Qz为吸能需 求值， Qi为第i种支护构件的恒阻吸能性能， Wi为第i种支护构件的数量， n为支护构件种类总 数； 根据支护构件数量和所需支护面积进行支护间排距的设计； 通过现场微震监测数据显示的最大能量值按能量在围岩中的传递衰减规律进行换算， 求得吸能需求 值； 恒阻吸能效果测定试验 包括落锤冲击试验、 霍普金森冲击试验； 抗扰动性 能设计过程为： 首先采用试验装备开展多种复杂条件下的支护构件 复合受力 性能测定试验， 具体荷载组合形式根据工程现场地质情况确定； 根据复合受力性能测定结 果对支护构件提出设计要求； 对于复合受力性能测定结果， 如在拉剪作用下该支护构件的性能较差， 在选择该构件 进行支护时， 应进 行防剪切设计； 如在拉扭作用下该构件的性能较差， 在选择该构件作为支 护构件时， 应进行防扭转设计。 2.根据权利要求1所述的地下工程开挖补偿设计方法， 其特征在于， 通过数值计算模 型， 进行不同预应力的开挖支护效果模拟， 得到满足许 可变形所需的最小预应力值； 当设计预应力大于设定范围时， 为施加高预应力， 受力载体选择恒阻吸能材料； 当设计 预应力小于设定范围时， 受力载体采用常规支护材 料。 3.根据权利要求2所述的地下工程开挖补偿设计方法， 其特征在于， 当设计预应力大于 设定范围时， 采用高预应力张拉机具； 当设计预应力小于 设定范围时， 采用常规预应力张拉 机具。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115034097 B 24.根据权利要求1所述的地下工程开挖补偿设计方法， 其特征在于， 根据地下工程围岩 情况选择不同的护表构件； 通过公式  进行护表效果验算， 其中， w为地下工程中不同支护类型数量， S1为设定支护类型单位长度内支护构件与围岩的接触面积， S2为设定支护 类型单位长度内 没有与支护构件接触的面积， Ki为护表强度系数， αi为接触护表系数。 5.根据权利要求1所述的地下工程开挖补偿设计方法， 其特征在于， 所述围岩力学参数 包括围岩塑性区范围、 围岩变形值、 围岩应力值。 6.如权利要求1所述的地下工程开挖补偿设计方法， 其特征在于， 锚固方式选择和锚固 力测定构成锚固效果设计， 锚固方式根据围岩条件进 行选择； 若围岩破碎， 采用注浆锚杆或 锚索进行全长锚固； 若围岩良好， 采用常规端头锚固或加长锚固； 锚固力测定在锚杆或锚索安装后不同时间段进行， 获得锚固力随时间损失情况。 7.根据权利要求1所述的地下工程开挖补偿设计方法， 其特征在于， 施工开挖补偿设计 方案， 并进行监测评价反馈 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115034097 B 3