一种基于MEIM的巷道围岩全区域全时程支护设计方法及系统与流程

本发明涉及巷道围岩稳定性控制领域，特别是一种基于meim的巷道围岩全区域全时程支护设计方法及系统。

背景技术

在各类巷道工程的建设和运营过程中，巷道支护是一项非常重要的工作，同时也是巷道围岩稳定性控制的关键，对于保持巷道建设以及后期运营的安全具有重要的意义。

传统的巷道支护设计是依据地质资料以及巷道断面形式等采用经验与计算相结合的方法，所给出的支护方案往往是整条巷道从头到尾都采用最初提供的一套支护方案，显然，这套支护方案不可能对整条巷道的每一段都适用，尤其是对处于地质条件复杂、多变地层中的巷道，更是如此。而且在巷道的运营使用过程中，巷道周边的工程条件也在不断的发生变化，如在这条巷道附近增加一条新巷道、硐室，或是新巷道穿过既有的巷道等，所以即使是原来非常适合该段巷道地质条件的支护方案，此时也不能很好地发挥作用了，这也是运营期间巷道经常发生变形破坏的原因。也就是说，传统巷道支护设计方法所给出的支护方案是无法满足巷道从建设到运营期间各个阶段围岩稳定性控制的需要的，而现实的情况总是以传统巷道支护设计方法所确定的一套方案来应对一切。因此，在这种条件下，需要根据改变了的条件提出巷道的支护方案。所述的改变了的条件为：通常支护方案是根据地质勘查报告确定的，但实施过程中总是出现与报告不一样的地质情况。

另一方面，传统的巷道支护设计方案以及支护参数是否合适、效果如何，无法在工程实施之前做出直观的展示和预判，也不能根据变化了的地质条件、工程条件等及时修改支护方案和参数，并直观展示支护效果，而是需要经过工程实践的验证之后才能做出判断，一旦不适合，不仅会造成工程效率上降低以及造价的增加，往往还会危及工程安全，甚至造成人员伤亡。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种基于meim的巷道围岩全区域全时程支护设计方法及系统，解决传统巷道支护方案设计的适应不强、精确性较差、及时性不够和支护效果无法预览的问题。

本发明的目的是这样实现的：本发明的基于meim的巷道围岩全区域全时程支护设计方法，包括如下步骤：

1)新建巷道支护方案或待修复巷道支护方案制定；

2)拟支护段巷道或待修复巷道相关信息的输入或修改；

3)选择并优化巷道支护方案及相关技术参数；

4)支护方案实施效果预览；

5)以word或pdf格式保存并输出最优的巷道围岩最终支护方案。

步骤1)中，新建巷道支护方案或待修复巷道支护方案是针对整条巷道的任何一段、以及巷道从建设开始到运营期间的任何时间段；选择新建巷道支护方案的制定或者选择对运营期间发生变形破坏的巷道进行修复，即待修复巷道支护方案的制定，然后进行下来的处理过程。

步骤2)中，所述的拟支护段巷道为新建巷道或需要修复的巷道；当拟支护段巷道是新建巷道时，输入拟支护段巷道横断面形式、断面大小；按系统提示输入地质信息、工程信息、围岩物理力学参数；当拟支护段巷道是待修复巷道，根据实测输入巷道围岩的变形数据、并根据实际情况修改该段巷道既有的地质信息和工程信息，并将输入的基本信息保存。

所述的地质信息包括巷道所在区域地层分布、岩性、厚度、断层、地应力大小及方向、以及地下水的分布；所述的围岩物理力学参数包括岩石的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、密度、粘聚力和内摩擦角；所述的工程信息包括拟支护巷道周边巷道、硐室的断面形式及大小、与拟支护巷道的位置关系；巷道围岩的变形数据包括底鼓量、顶底板移近量、顶板离层大小、巷道围岩的松动范围。

步骤3中，根据巷道断面形式、地质条件、工程条件以及围岩的物理力学性质选择支护方案并确定相关技术参数，并通过数值计算来把握所确定的支护方案条件下巷道围岩的变形特征。

在步骤4中，根据所确定的支护方案和技术参数的数值计算结果，对该支护方案的实施效果进行预览，判断在既定的支护方案和技术参数条件下巷道围岩的稳定性是否满足要求，如果不满足，重新回到步骤p3，修改支护方案或技术参数，再执行步骤p4，直到巷道围岩的稳定性满足要求，此时所获得的支护方案和相关技术参数即为最终的支护方案，即最优方案。

在步骤p5中，以word或pdf格式保存并输出最终的支护方案。

一种基于meim的巷道围岩全区域全时程支护设计系统，包括：

方案创建模块：用于新建巷道支护方案或待修复巷道支护方案的制定；

meim模块：用于巷道全区域地质信息、工程信息、巷道围岩变形信息的建立和修改；

支护设计模块：用于新建巷道支护方案或待修复巷道支护方案的设计计算；

预览模块：用于对支护方案实施效果进行动态预览；

保存模块：用于将支护方案保存为word格式或pdf格式文档。

所述的支护设计模块中，有支护方案和支护参数，所述的支护方案包括锚杆喷混凝土支护；预应力锚杆喷混凝土支护；预应力锚杆+挂网+喷混凝土支护；预应力锚杆+锚索+挂网+喷混凝土支护；预应力锚杆+注浆+挂网+喷混凝土支护；预应力锚杆+锚索+注浆+挂网+喷混凝土支护；全锚索+挂网+喷混凝土支护；u型钢+锚网喷联合支护；所述的支护参数包括锚杆的长度、间排距、锚杆锚索预紧力大小、u型钢支架的规格及间距、喷射混凝土的强度和厚度。

所述的预览模块中，以三维动态方式展示支护方案的实施效果。

有益效果，由于采用了上述方案，本发明是一种基于meim(矿业工程信息模型)的巷道围岩全区域(整条巷道)全时程(巷道的整个生命周期—从建设到运营的各个阶段)支护设计方法，能依据地质条件、工程环境提供最为快捷、准确的巷道支护方案设计和直观的支护效果预览，提高了巷道支护方案及技术参数设计的及时性、准确性和有效性，克服了传统巷道支护设计存在的一个支护方案和技术参数应用于全巷道的、且不能随着地质条件、工程环境条件变化及时调整方案和技术参数的弊端，可对地质条件日趋复杂的巷道围岩支护提供及时和比较精准的支护方案设计，不仅有利于建设期间的巷道围岩支护，也有利于巷道运营期间的围岩控制与管理。

本发明以meim为基础，将与拟支护巷道有关的地质条件、工程条件、围岩的物理力学特征和巷道的断面形式等融为一体，提供了一种覆盖巷道全区域、全时程的巷道支护设计方法和系统，通过数值模拟计算确定巷道支护方案和相关技术参数，并提供了方案的实施效果直观预览功能，不仅提高了巷道围岩支护设计的精确性、及时性，而且极大地提高了巷道支护设计的有效性和针对性，对于应对日益困难的巷道支护难题，提高巷道支护设计与施工的综合效益、确保支护设计的质量和安全具有重要的意义。

与传统的以工程经验和力学计算为主的巷道支护设计方法相比，本发明具有如下显著优势：

1)将与拟支护巷道相关的地质信息、工程信息以及待修复巷道的围岩变形信息等输入模型，提供了比传统设计方法更加全面、充分的支护设计条件；

2)能够根据巷道所在位置设计出适合该段巷道地质条件、工程条件和围岩变形特征的支护方案，使方案的针对性、准确性和有效性大大提高；

3)能够根据巷道在运营期间工程条件等的变化，及时提供适合变化了的工程条件的支护方案，有效提高了支护方案随工程环境等变化而调整的及时性；

4)无论是新建巷道的支护方案，还会运营巷道的修复，都可以根据巷道所在位置的综合条件，进行多种支护方案支护效果的预先比较，从中选出效果最优的方案，并能以三维动态方式展示支护方案的实施效果，同时也有利于提前发现方案实施过程中可能出现的问题，方便提前采取预防措施。

5)能够适应地质条件、工程条件日趋复杂的巷道工程、硐室工程以及类似地下工程支护对及时、准确提供巷道围岩支护方案的需要。

解决了传统巷道支护方案设计的适应不强、精确性较差、及时性不够和支护效果无法预览的问题，达到了本发明的目的。

附图说明

图1是本发明的一种基于meim的巷道围岩全区域全时程支护设计方法实施例的流程图。

图2是本发明的一种基于meim的巷道围岩全区域全时程支护设计系统实施例的结构框图。

具体实施方式

实施例1：图1为本发明的一种基于meim的巷道围岩全区域全时程支护设计方法实施例的流程图，如图所示，其步骤为：

1)新建巷道支护方案或待修复巷道支护方案制定；

2)拟支护段巷道或待修复巷道相关信息的输入或修改；

3)选择并优化巷道支护方案及相关技术参数；

4)支护方案实施效果预览；

5)以word或pdf格式保存并输出最优的巷道围岩最终支护方案。

本发明中的meim中文含义为：矿业工程信息模型。

步骤1)中，新建巷道支护方案或待修复巷道支护方案是针对整条巷道的任何一段、以及巷道从建设开始到运营期间的任何时间段；选择新建巷道支护方案的制定或者选择对运营期间发生变形破坏的巷道进行修复，即待修复巷道支护方案的制定，然后进行下来的处理过程。

步骤2)中，所述的拟支护段巷道为新建巷道或需要修复的巷道；当拟支护段巷道是新建巷道时，输入拟支护段巷道横断面形式、断面大小；按系统提示输入地质信息、工程信息、围岩物理力学参数；当拟支护段巷道是待修复巷道，根据实测输入巷道围岩的变形数据、并根据实际情况修改该段巷道既有的地质信息和工程信息，并将输入的基本信息保存。

所述的地质信息包括巷道所在区域地层分布、岩性、厚度、断层、地应力大小及方向、以及地下水的分布；所述的围岩物理力学参数包括岩石的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、密度、粘聚力和内摩擦角；所述的工程信息包括拟支护巷道周边巷道、硐室的断面形式及大小、与拟支护巷道的位置关系；巷道围岩的变形数据包括底鼓量、顶底板移近量、顶板离层大小、巷道围岩的松动范围。

步骤3中，根据巷道断面形式、地质条件、工程条件以及围岩的物理力学性质选择支护方案并确定相关技术参数，并通过数值计算来把握所确定的支护方案条件下巷道围岩的变形特征。

在步骤4中，根据所确定的支护方案和技术参数的数值计算结果，对该支护方案的实施效果进行预览(例如以三维动态图示的方式展示)，判断在既定的支护方案和技术参数条件下巷道围岩的稳定性是否满足要求，如果不满足，重新回到步骤p3，修改支护方案或技术参数，再执行步骤p4，直到巷道围岩的稳定性满足要求，此时所获得的支护方案和相关技术参数即为最终的支护方案，即最优方案。

在步骤p5中，以word或pdf格式保存并输出最终的支护方案。

一种基于meim的巷道围岩全区域全时程支护设计系统，包括：

方案创建模块：用于新建巷道支护方案或待修复巷道支护方案的制定；

meim模块：用于巷道全区域地质信息、工程信息、巷道围岩变形信息的建立和修改；

支护设计模块：用于新建巷道支护方案或待修复巷道支护方案的设计计算；

预览模块：用于对支护方案实施效果进行动态预览；

保存模块：用于将支护方案保存为word格式或pdf格式文档。

所述的支护设计模块中，有支护方案和支护参数，所述的支护方案包括锚杆喷混凝土支护；预应力锚杆喷混凝土支护；预应力锚杆+挂网+喷混凝土支护；预应力锚杆+锚索+挂网+喷混凝土支护；预应力锚杆+注浆+挂网+喷混凝土支护；预应力锚杆+锚索+注浆+挂网+喷混凝土支护；全锚索+挂网+喷混凝土支护；u型钢+锚网喷联合支护；所述的支护参数包括锚杆的长度、间排距、锚杆锚索预紧力大小、u型钢支架的规格及间距、喷射混凝土的强度和厚度。

所述的预览模块中，以三维动态方式展示支护方案的实施效果。