【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种富水破碎矿体高阶段采场顶板锚杆支护参数优化方法，属于冶金矿山采矿工程。
技术介绍
1、阶段空场嗣后充填采矿法的适用范围、生产能力、作用环境以及矿产资源损失等方面相对于其他采矿方法来说具有较大的优越性，在国内矿山被广泛运用。但对于破碎矿体而言，大断面往往会导致采场产生过大的变形，造成顶板冒落等安全问题，不利于采场稳定，需对采场进行相应的支护措施。在采场顶板支护中，支护参数的合理选择至关重要，影响着矿山安全生产和经济效益。如果支护方式和支护参数选择不合理，则会出现两种情况，一是支护强度偏高，不但不能充分发挥材料的性能造成资源浪费，增加支护成本，而且繁杂的支护施工过程还会减慢巷道掘进速度，影响生产进度；二是支护强度偏小，不能有效地控制顶板围岩的变形，从而容易产生冒顶等事故，存在安全隐患。因此，针对采场顶板进行锚杆支护参数优化工作，是非常有必要的。
2、针对锚杆支护参数的优化，许多学者开展了相应研究。罗豪等为解决深部破碎围岩巷道支护难题，利用flac3d对不同支护方案下的航道威严失稳破坏情况进行了模拟研究及围岩变形规律，有效解决了支护困难的难题。张浩鑫等利用数值模拟对比分析了近地表矿体在未支护与支护条件下采场顶板沉降量变化，为类似矿体开采提供了一定的指导意见。高博等对石墨化和节理发育的围岩开展了锚杆支护数值模拟对比分析，有效控制了采场变形，减少了应力集中现象，为该矿提供了理论支撑。
3、现有中国专利cn 114048593 b，专利名称为一种复杂巷道锚网喷支护参数优化方法，首先进行巷道围岩松动圈
4、尽管国内外学者在巷道锚网喷支护参数设计优化等方面做了大量研究工作并取得了较大进展，但在各支护方案优选手段上比较单一，往往仅对比了塑性区面积和位移变形量，忽略了安全与经济效益兼顾。
技术实现思路
1、本专利技术目的是提供一种富水破碎矿体高阶段采场顶板锚杆支护参数优化方法，在对比分析了采场顶板应力、位移和塑性区的基础上，对较好的支护方案进行了初选，然后利用指标满意度法，选取顶板沉降量、应力释放区高度、塑性区面积以及锚杆总长度，建立综合考虑安全与经济效益的锚杆参数优选模型，最终获得该采场结构参数下的最佳锚杆支护参数，解决已有技术存在的上述技术问题。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种富水破碎矿体高阶段采场顶板锚杆支护参数优化方法，包含如下步骤：
4、第一步，基于松动圈理论，进行未支护时采场数值模拟开挖计算，获得采场顶板塑性区云图，以塑性区作为松动圈判定，得出采场顶板松动区厚度范围；
5、第二步，基于悬吊理论，根据悬吊区域高度、稳定岩层内杆长和外露杆长，综合确定锚杆长度区间；
6、第三步，进行锚杆支护数值模拟优化及采场顶板稳定性分析；通过改变锚杆长度、间、排距和锚固力等分5～9种方案对支护后的采场顶板最大位移量、应力和塑性区进行研究；利用数值模拟，研究锚杆支护参数对采场顶板最大沉降的控制效果，分析不同参数下顶板应力、位移、塑性区分布及变化规律；
7、第四步，利用指标满意度法，选取顶板沉降量、应力释放区高度、塑性区面积以及锚杆总长度，建立综合考虑安全与经济效益的锚杆参数优选模型，获得该采场结构参数下的最佳锚杆支护参数。
8、所述第二步中，锚杆长度计算公式为：
9、l≥l1+l2+l3 (1)
10、式中，l为锚杆总长度；l1为打入稳定岩层段长度，为0.3～0.4m；l2为围岩松动圈厚度，为塑性区厚度；l3为锚杆外露长度，为0.06～0.10m。
11、所述第三步中，为观测整体采场的顶板沉降情况，在采场长度方向和宽度方向沉降最大值处分别布置测线，获取各方案采场整体沉降曲线，并进行分析，结合采场顶板沉降分布范围，初选4～6种效果较好的支护方案。
12、本专利技术的有益效果是：在对比分析了采场顶板应力、位移和塑性区的基础上，对较好的支护方案进行了初选，然后利用指标满意度法，选取顶板沉降量、应力释放区高度、塑性区面积以及锚杆总长度，建立综合考虑安全与经济效益的锚杆参数优选模型，最终获得该采场结构参数下的最佳锚杆支护参数。该方法兼顾了安全和经济效益因素对支护方案进行了优选，结果更为经济合理和安全可靠；同时该方法中松动圈的厚度计算依据为未支护时采场顶板数据模拟结果，有效避免了松动圈实测结果偏小，并节省了实测成本。可以提高富水破碎矿体高阶段采场顶板锚杆支护的有效性，指导矿山安全生产
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1.一种富水破碎矿体高阶段采场顶板锚杆支护参数优化方法，其特征在于包含如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种富水破碎矿体高阶段采场顶板锚杆支护参数优化方法，其特征在于：所述第二步中，锚杆长度计算公式为：
3.根据权利要求1所述的一种富水破碎矿体高阶段采场顶板锚杆支护参数优化方法，其特征在于：所述第三步中，为观测整体采场的顶板沉降情况，在采场长度方向和宽度方向沉降最大值处分别布置测线，获取各方案采场整体沉降曲线，并进行分析，结合采场顶板沉降分布范围，初选4～6种效果较好的支护方案。
【技术特征摘要】
1.一种富水破碎矿体高阶段采场顶板锚杆支护参数优化方法，其特征在于包含如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种富水破碎矿体高阶段采场顶板锚杆支护参数优化方法，其特征在于：所述第二步中，锚杆长度计算公式为：
3.根据权利要求1所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨志强，王立杰，路燕泽，王社光，田欣，甘德清，刘阳，杨坤尧，刘志义，马宁，于庆磊，连欢超，蔺增元，于兴社，向伟华，陈彦亭，王庆刚，尹爱民，张阳，周涛，何伟，
申请(专利权)人：河北钢铁集团沙河中关铁矿有限公司，
类型：发明
国别省市：
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