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1、10申请公布号CN103711493A43申请公布日20140409CN103711493A21申请号201310741014422申请日20131227E21D9/0020060171申请人中国神华能源股份有限公司地址100011北京市东城区安外西滨河路22号神华大厦申请人神华包神铁路有限责任公司72发明人何知思74专利代理机构北京润平知识产权代理有限公司11283代理人肖冰滨陈潇潇54发明名称确定隧道下穿采空区安全顶板厚度的方法57摘要本发明提供一种确定隧道下穿采空区安全顶板厚度的方法，所述方法包括计算采空区底板破坏深度D；计算原岩保护层厚度S；计算隧道中心至拱顶破裂区的距离R；以及根据以。
2、下方程式确定所述安全顶板的厚度HHDSRR，其中，R为隧道半径，以避免因安全顶板厚度过小而导致的隧道与采空区底板破裂区相互影响、隧道坍塌和冒顶，从而降低隧道施工风险。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页10申请公布号CN103711493ACN103711493A1/1页21一种确定隧道下穿采空区安全顶板厚度的方法，其特征在于，所述方法包括计算采空区底板破坏深度D；计算原岩保护层厚度S；计算隧道中心至拱顶破裂区的距离R；以及根据以下方程式确定所述安全顶板的厚度HHDSRR其中，R为隧道半径。2根据权利要求。
3、1所述的方法，其特征在于，根据以下方程式计算所述采空区底板破坏深度D其中，L为煤体屈服区宽度，为底板岩层内摩擦角。3根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据以下方程式计算所述原岩保护层厚度S其中，H1为坑道厚度，F为岩石坚固系数，C为岩层强风化带厚度。4根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据以下方程式计算所述隧道中心至拱顶破裂区的距离R其中，P为原岩应力，P1为支护反力，A为隧道半径，C为岩层强风化带厚度，为岩内摩擦角。5根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在隧道断面为非圆形断面时，所述方法还包括使用洞顶岩体塌落高度HT来替代所述隧道中心至拱顶破裂区的距离R，根据以下方程式计算所述洞顶。
4、岩体塌落高度HT以及根据以下方程式确定所述安全顶板的厚度H其中，B为隧道宽度，H为隧道高度，为岩内摩擦角，F为岩石坚固系数。权利要求书CN103711493A1/3页3确定隧道下穿采空区安全顶板厚度的方法技术领域0001本发明涉及隧道下穿采空区领域，具体地，涉及一种确定隧道下穿采空区安全顶板厚度的方法。背景技术0002煤是现今社会的主要能源之一，但是，煤矿的开采，对于岩层造成了一定的影响。在煤矿开采后，原始围岩应力平衡被打破，围岩应力重新分布，而采空区底板受到采空的影响，产生塑性变形与破坏。在隧道下穿采空区施工时，隧道施工扰动使隧道拱顶围岩塑性变形，采空区与隧道相互影响。当隧道下穿采空区安全顶。
5、板厚度过小时，隧道与采空区底板破裂区相互影响，容易造成隧道坍塌、冒顶，从而增大了隧道施工风险。0003目前隧道下穿采空区安全顶板厚度的确定主要是凭经验来进行的。这种确定过程在现实施工程中存在很多弊端，往往会导致确定的安全顶板的厚度过小，进而会导致上述问题。发明内容0004本发明的目的是提供一种确定隧道下穿采空区安全顶板厚度的方法，以确定安全顶板的最小厚度，避免因安全顶板厚度过小而导致的隧道与采空区底板破裂区相互影响、隧道坍塌和冒顶，从而降低隧道施工风险。0005为了实现上述目的，本发明提供一种确定隧道下穿采空区安全顶板厚度的方法，所述方法包括计算采空区底板破坏深度D；计算原岩保护层厚度S；计算。
6、隧道中心至拱顶破裂区的距离R；以及根据以下方程式确定所述安全顶板的厚度HHDSRR，其中，R为隧道半径。0006本发明通过计算采空区底板破坏深度D、原岩保护层厚度S及隧道中心至拱顶破裂区的距离R，然后根据D、S和R来确定安全顶板的厚度H。从而能够避免安全顶板厚度过小的情况，进而减低隧道的施工风险。0007本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明0008附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中0009图1是根据本发明实施方式的隧道下穿采空区安全顶板厚度分析模型。0010附图。
7、标记说明00111松动区2塑性破坏区00123原岩区4底板破坏区00135采空区6隧道面00147煤柱说明书CN103711493A2/3页4具体实施方式0015以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。0016采空区下隧道安全顶板厚度的主要影响因素有围岩条件、采空区状态（采空区尺寸、形态、采空区顶板管理方式）、隧道施工方法、支护方式、爆破振动等。这些因素影响安全顶板厚度的稳定，进而对下穿隧道围岩的稳定造成重要影响，对于隧道下穿采空区工程设计，采用多因素理论分析方法能预估安全顶板的合理厚度。0017因此，本。
8、发明提供了一种确定隧道下穿采空区安全顶板厚度的方法，该方法包括计算采空区底板破坏深度D；计算原岩保护层厚度S；计算隧道中心至拱顶破裂区的距离R；以及根据以下方程式确定所述安全顶板的厚度HHDSRR，其中，R为隧道半径。0018图1是根据本发明实施方式的隧道下穿采空区安全顶板厚度分析模型。煤矿开采后，采空区底板围岩破坏与下穿采空区隧道围岩破坏相互影响，围岩破坏区之间的几何关系如图1所示。以下将结合图1对本发明进行更详细地描述。0019采空区底板破坏深度D主要由煤柱7最大支撑压力与采空区5边界距离决定，该距离受到煤层开采方式、开采高度、采空区范围的影响；原岩保护层厚度主要受到岩体的物理力学性质、岩。
9、层产状与节理裂隙状况、岩层的断层变化与岩体的完整程度影响；隧道拱顶围岩破裂区范围与采空区围岩应力的卸载、开采范围、地层岩性等相关。0020具体地，采空区底板破坏深度D可以按照以下方程式计算00210022其中，L为煤体屈服区宽度，L可以按照经验取值为0015HC，HC为煤层底板埋深，为底板岩层内摩擦角。0023原岩保护层是采空区底板破坏区与隧道拱部破坏区之间的预留安全岩层，它保证了水不至于通过破坏裂隙带贯通安全顶板，造成采空区底板的迅速坍塌，该原岩保护层厚度S主要受到围岩岩性及破碎程度的影响。顶水采煤相关研究给出了确定该原岩保护层厚度S的经验方程式00240025其中，H1为坑道厚度，F为岩石。
10、坚固系数，C为岩层强风化带厚度。0026隧道中心至拱顶破裂区的距离R可以按照塑性区计算公式来计算00270028其中，P为原岩应力，P1为支护反力，A为隧道半径，C为岩层强风化带厚度，为岩说明书CN103711493A3/3页5内摩擦角。0029根据图1所示的围岩破坏区几何关系的分析，隧道安全顶板厚度H可以按照以下方程式进行确定0030HDSRR0031其中，R为隧道半径。0032在工程实践中，由于隧道围岩条件的限制，特别是在隧道断面为非圆形断面的情况下，隧道中心至拱顶破裂区的距离难以采取有效的方法进行准确计算，通常可以采用普氏压力拱法来进行预估。0033普氏压力拱法是俄国学者普罗托奇雅阔诺夫。
11、于1907年提出的洞室松动压力计算方法，在采矿工程、隧道工程中应用普遍。普氏经过长期观察发现，洞室开挖之后，由于节理的切割，洞顶的岩体产生塌落，当塌落到一定程度以后，上部岩体会形成一个自然平衡拱，围岩自稳，因此可将洞顶岩体塌落的高度作为隧道中心至拱顶破裂区的距离R确定的依据。0034因此，隧道中心至拱顶破裂区的距离R可以由洞顶岩体塌落高度HT来替代，可以根据以下方程式计算所述洞顶岩体塌落高度HT00350036其中，B为隧道宽度，H为隧道高度，为岩内摩擦角，F为岩石坚固系数。0037而对于隧道断面不是圆形断面的情况下，在隧道围岩变形与破坏的简化分析中，常把直墙拱形、曲墙拱形等接近圆形断面的隧道。
12、形状简化为圆形，这种方法称为等代圆法。非圆形隧道可以采用等代圆法将其断面简化成圆形进行分析，等代圆半径为0038RBH/40039其中，H为隧道高度，B为隧道宽度。0040因此，在隧道断面为非圆形断面的情况下，可以根据以下方程式来确定隧道安全顶板厚度H00410042以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。0043另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。0044此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。说明书CN103711493A1/1页6图1说明书附图CN103711493A。