(19)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 202211007492.8 (22)申请日 2022.08.22 (71)申请人 中铁十六局集团有限公司 地址 100018 北京市朝阳区红松园北 里2号 申请人 中铁二院工程 集团有限责任公司 　 北京交通大 学 (72)发明人 闫肃　匡亮　王武现　杨晋文　 黄明利　赵万强　晋刘杰　 (74)专利代理 机构 北京鑫瑞森知识产权代理有 限公司 1 1961 专利代理师 代芳 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种隧道揭煤安全岩墙临界厚度计算方法 及系统 (57)摘要 本发明涉及一种隧道揭煤安全岩墙临界厚 度计算方法及系统包括： 构建岩墙模型； 基于极 限平衡理论， 根据掌子面前方应力分布特征和极 限平衡区宽度的影响因素得到所述极限平衡区 宽度的计算公式； 基于所述计算公式， 根据煤层 参数确定 所述极限平衡区宽度的数值。 基于瓦斯 压力和爆 破扰动， 根据极限平衡区宽度的数值确 定揭煤爆 破预留岩墙的厚度。 本发 明通过构建岩 墙模型， 基于极限平衡理论， 据掌子面前方应力 分布特征和极限平衡区宽度的影响因素得到所 述极限平衡区宽度的计算公式， 确定了综合因素 影响的临界岩墙厚度计算公式， 并通过数值模拟 合理预留岩墙厚度， 实现了安全揭煤 。 权利要求书2页 说明书8页 附图13页 CN 115408752 A 2022.11.29 CN 115408752 A 1.一种隧道揭煤安全岩墙临界厚度计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 构建岩墙模型； 基于极限平衡理论， 根据掌子面前方应力分布特征和极限平衡区宽度的影响因素得到 所述极限平衡区宽度的计算公式； 基于所述计算公式， 根据煤层参数确定所述极限平衡区宽度的数值。 基于瓦斯压力和爆破扰动， 根据极限平衡区宽度的数值确定揭煤爆破预留岩墙的厚 度。 2.根据权利要求1所述的隧道揭 煤安全岩墙临界厚度计算方法， 其特征在于， 所述岩墙 模型中岩 墙的顶部和底部均受垂 直地应力作用， 所述岩 墙为所述岩 墙模型的顶部约束和底 部约束。 3.根据权利要求1所述的隧道揭 煤安全岩墙临界厚度计算方法， 其特征在于， 所述极限 平衡区宽度的影响因素包括： 隧道开挖高度、 隧道上覆地层的平均容重、 隧道掌子面埋深、 应力集中系数、 岩石内摩擦角和黏聚力、 煤层倾角和瓦斯压力。 4.根据权利要求1所述的隧道揭 煤安全岩墙临界厚度计算方法， 其特征在于， 所述基于 极限平衡理论， 根据掌子面前方应力分布特征和极限平衡区宽度的影响因素得到所述极限 平衡区宽度的计算公式， 包括： 根据所述极限平衡理论和所述掌子面前方应力分布特征确定极限平衡区单元体受力 状态； 根据所述极限平衡区单元体受力 状态确定单元体处于极限平衡状态时x轴方向的受力 方程； 所述受力方程 为： 其中， σx为水平应力； σz为垂直应力， 为岩石的内摩擦角， c为岩石的粘聚力； h为隧道的 开挖高度， dx为单 元体宽度。 5.根据权利要求4所述的隧道揭 煤安全岩墙临界厚度计算方法， 其特征在于， 所述基于 极限平衡理论， 根据掌子面前方应力分布特征和极限平衡区宽度的影响因素得到所述极限 平衡区宽度的计算公式， 包括： 根据所述极限平衡理论和所述掌子面前方应力分布特征确定极限平衡区单元体受力 状态； 根据所述极限平衡区单元体受力 状态确定岩墙中的应力平衡方程； 所述应力平衡方程 为： 其中， τxz为xz平面方向的剪应力。 在煤层和所述极限平衡区的交界处， 满足： σx＝β σz＝β KγH。 6.根据权利要求5所述的隧道揭 煤安全岩墙临界厚度计算方法， 其特征在于， 所述基于权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115408752 A 2极限平衡理论， 根据掌子面前方应力分布特征和极限平衡区宽度的影响因素得到平衡区宽 度的计算公式包括： 根据所述受力方程和所述应力平衡方程确定垂直应力方程； 所述垂直应力方程 为 其中， β 为侧压系数， x为极限平衡区内任一 点到掌子面前 方岩壁的距离 。 7.根据权利要求6所述的隧道揭 煤安全岩墙临界厚度计算方法， 其特征在于， 所述基于 极限平衡理论， 根据掌子面前方应力分布特征和极限平衡区宽度的影响因素得到所述极限 平衡区宽度的计算公式， 包括： 考虑煤层倾角、 煤层瓦斯压力和边界条件确定所述极限平衡区宽度的计算公式； 所述 极限平衡区宽度的计算公式： 其中， σx＝β σz＝β KγH， α 为煤层倾角， P为煤层瓦斯压力， K为应力集中系数； γ为隧道 上 覆地层平均容重， H为掌子面 埋深； 所述 边界条件为σz＝KγH+Pcosα 。 8.根据权利要求1所述的隧道揭 煤安全岩墙临界厚度计算方法， 其特征在于， 所述煤层 参数包括： 煤层倾角、 瓦斯压力、 炭质泥岩的内摩擦角、 黏聚力、 抗压强度。 9.一种隧道揭煤安全岩墙临界厚度计算系统， 其特 征在于， 包括： 构建模块， 用于构建岩墙模型； 第一计算模块， 用于基于极限平衡理论， 根据掌子面前方应力分布特征和极限平衡区 宽度的影响因素 得到所述极限平衡区宽度的计算公式； 确定模块， 用于基于所述计算公式， 根据煤层参数确定所述极限平衡区宽度的数值。 第二计算模块， 用于基于瓦斯压力和爆破扰动， 根据极限平衡区宽度的数值确定揭煤 爆破预留岩墙的厚度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115408752 A 3