CN109655400B - 巷道塑性区分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巷道塑性区分析方法，包括：步骤一、测量巷道的地应力数据和煤岩物理力学参数，理论计算或数值模拟巷道的模拟的塑性区范围，其包括测试点坐标‑模拟的塑性区大小的映射关系；步骤二、在巷道的煤体取测试点，钻孔，测量测试点发生孔壁脆性破坏时对应的巷道的实测的塑性区大小；步骤三、查询该测试点的模拟的塑性区大小，并根据该侧试点的实测的塑性区大小与模拟的塑性区大小的偏离程度，修正巷道的所有测试点的模拟的塑性区大小，获得巷道的塑性区范围。本发明能够提出较为准确的巷道周围围岩体的塑性区分布规律。

Description

巷道塑性区分析方法

技术领域

本发明涉及巷道测试技术领域。更具体地说，本发明涉及一种巷道塑性区分析方法。

背景技术

煤矿层积岩分布，开采煤层的顶板、底板中围岩呈层状分布，多数依次分布多种岩层， 各层围岩物理力学性能差异较大。煤矿巷道周围的围岩体单轴抗压强度不高，巷道周围围 岩体，从表面到内部依次分布破碎区、塑性区、弹性区，塑性区包围弹性区。研究巷道周 围围岩体塑性区分布规律，一直是巷道支护一项重要内容。煤矿开采深度逐年增加，地应 力逐渐增大，巷道周围围岩体塑性区变大，巷道支护原来越来越困难。研究煤层巷道围岩 体塑性区分布规律，尤其是巷道顶板、底板塑性区分布规律，为巷道锚杆技术提供研究基 础。目前通过实测的方法确定巷道的塑性区范围仅适用于部分地质条件极佳的情况，而通 过模拟的方法确定巷道的塑性区范围存在一定程度的误差，误差程度也会因地质条件而不 同。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种巷道塑性区分析方法，其能够提出较为准确的巷道周 围围岩体的塑性区分布规律。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种巷道塑性区分析方法，包括：

步骤一、测量巷道的地应力数据和煤岩物理力学参数，理论计算或数值模拟巷道的模 拟的塑性区范围，其包括测试点坐标-模拟的塑性区大小的映射关系；

步骤二、在巷道的煤体取测试点，钻孔，测量测试点发生孔壁脆性破坏时对应的巷道 的实测的塑性区大小；

步骤三、查询该测试点的模拟的塑性区大小，并根据该侧试点的实测的塑性区大小与 模拟的塑性区大小的偏离程度，修正巷道的所有测试点的模拟的塑性区大小，获得巷道的 塑性区范围。

优选的是，步骤一具体为：

按照巷道的实际采掘条件建立FLAC 3D模型，测量巷道的地应力数据和煤岩物理力 学参数，并对FLAC 3D模型进行赋值，计算至平衡，开挖巷道，再次计算至平衡，得到 包括测试点坐标-模拟的塑性区大小信息的云图，读取云图中的塑性区范围。

优选的是，步骤二具体为：

S1、在巷道的煤体取测试点，在该测试点垂直于巷道的煤体的方向钻孔；

S2、在钻孔的孔深方向确定多个测试位置，测量每个测试位置到孔口的距离值，从孔 口开始依次对每个测试位置的孔壁施加使孔壁发生脆性破坏的压力，记录该压力的压力数 值，作为该测试位置承受的作用力的强度值；

S3、将每个测试位置对应的距离值和强度值进行拟合生成该测试点的强度曲线，其为 一距离值增加时的强度值上升曲线段；

S4、从上升曲线段中读取最大的距离值，即为该测试点的塑性区大小。

4、如权利要求3所述的巷道塑性区分析方法，其特征在于，钻孔深度不小于步骤一理论计算得到的巷道的模拟的塑性区范围。

优选的是，每个测试位置包括第一测试位置和第二测试位置，第一测试位置和第二测 试位置位于钻孔的同一剖面，且二者的连线与该剖面的一直径重合，测量第一测试位置和 第二测试位置的孔壁发生脆性破坏时的压力数值并计算平均值，作为该测试位置的强度值。

优选的是，步骤二的测试点包括两个，两个测试点位于巷道的同一剖面，且二者的连 线与该剖面的一直径重合；

分别测量两个测试点的实测的塑性区大小，计算两个测试点的实测的塑性区大小与模 拟的塑性区大小的偏离程度，取平均值，用该平均值修正巷道的所有测试点的模拟的塑性 区大小，获得巷道的塑性区范围。

优选的是，步骤三具体为：

在云图上读取该测试点的模拟的塑性区大小，用该测试点的实测的塑性区大小与模拟 的塑性区大小作除数，得修正系数，根据修正系数修正所有测试点的模拟的塑性区大小： 当修正系数在预设的阈值范围内，取所有测试点的模拟的塑性区大小构成巷道的塑性区范 围；当修正系数不在预设的阈值范围内，将所有测试点的模拟的塑性区大小与修正系数相 乘，计算结果构成巷道的塑性区范围。

优选的是，测量测试点的塑性区大小采用测试设备进行，所述测试设备包括：

强度探针装置，其包括保护套、探针、活塞、端面压板、侧面压板，所述保护套内设有传动腔，所述探针与所述活塞安装在所述传动腔内部，所述端面压板、侧面压板封装所述传动腔，所述侧面压板侧面预留有供所述探针伸出的通孔，所述探针与所述活塞固定连接，所述活塞垂直于钻孔的孔深方向滑动密封连接所述传动腔，所述探针伸出所述保护套，并垂直作用于孔壁；

测量杆，其一端沿钻孔的孔深方向伸入所述保护套并与所述探针固定连接、另一端为 操作端，所述测量杆测量并输出所述探针所在的测试位置距离孔口的距离值；

位移传感器，其位于所述保护套内部，所述位移传感器通过同步杆与所述探针连接， 检测所述探针垂直作用于孔壁的位移并输出电信号；

压力提供装置与压力传感器，所述压力提供装置的输出端与所述传动腔连通，并作用 于所述活塞使其垂直于钻孔的孔深方向发生位移顶推所述探针，使其垂直作用于孔壁，所 述压力传感器检测并输出所述压力提供装置输出的压力值；

数据接收单元，其接收所述位移传感器输出的电信号、所述压力传感器输出的压力值、 所述测量杆输出的距离值，并拟合成测试点的强度曲线，示出测试点的塑性区大小。

优选的是，所述传动腔的剖面为类L形结构，其包括沿钻孔的孔深方向的第一滑动腔 与垂直于钻孔的孔深方向的第二滑动腔，所述第一滑动腔与第二滑动腔贯通，所述第一滑 动腔的敞开端与所述压力提供装置的输出端连通，所述第二滑动腔的敞开端供所述探针伸 出，所述探针与所述活塞安装在所述第二滑动腔内部，

所述第一滑动腔包括同轴线的内腔和外腔，所述内腔的入口端、所述外腔的入口端对 齐、且与所述压力提供装置的输出端连通，所述内腔的轴向长度小于所述外腔的轴向长度， 所述内腔的出口端敞开，所述外腔的出口端封闭，所述内腔与所述第二滑动腔相对的部分 设有三个环形凹部，三个环形凹部分别设有与所述第二滑动腔贯通的气道，所述气道与所 述外腔不贯通，且三个气道分别朝向所述活塞的两侧与中心、且连线位于所述活塞的同一 直径上，第一滑动活塞、第二滑动活塞为规格尺寸一致的滑动密封件，所述第一滑动活塞、 第二滑动活塞的外周均依次设有一对环形密封圈，所述第一滑动活塞、第二滑动活塞设置 于所述内腔，所述压力输出装置未输出压力时，第一滑动活塞、第二滑动活塞不接触，且 各自的一对环形密封圈分别与所述内腔的侧壁密封接触，所述第一滑动活塞与一侧的一个 环形凹部重合的部分位于一对环形密封圈之间，所述第二滑动活塞与另一侧的一个环形凹 部重合的部分位于一对环形密封圈之间，所述第一滑动腔与所述第二滑动腔不连通，所述 压力输出装置输出压力时，第一滑动活塞、第二滑动活塞相向滑动至抵触，第一滑动活塞、 第二滑动活塞的一对环形密封圈均与所述内腔的侧壁错位，且各自的一对环形密封圈位于 三个环形凹部，气道连通所述第一滑动腔与所述第二滑动腔，所述探针被顶出。

优选的是，所述保护套外周设有抵顶设备，其包括：

匚形连杆，其设置在所述保护套外部、远离所述探针的一侧，所述匚形连杆的两个端 部杆体与所述保护套的外壁固接，所述匚形连杆的中间段杆体沿钻孔的孔深方向设置、且 设有外螺纹；

一对抵顶件，所述抵顶件为轴线沿钻孔的孔深方向设置的圆柱形结构，所述抵顶件的 偏心处设有带内螺纹的贯通孔，一对抵顶件与所述匚形连杆的中间段杆体螺接，所述抵顶 件在旋转路径上某一位置时，其外周与钻孔的孔壁抵触；

操作杆，其为轴线沿钻孔的孔深方向设置的杆状结构，所述操作杆固接于一对抵顶件， 所述操作杆伸出所述钻孔的部分形成转动手柄。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明将理论分析数值模拟相结合，提出塑性区分布规律，然后在煤体内规范化实测 塑性区的大小，计算修正系数，把修正系数应用到巷道周围围岩体中，提出巷道周围围岩 体的塑性区分布规律，具有准确率高的优点，值得推广。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明 的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为的塑性区分布云图；

图2为本发明的传动腔的一种状态示意图；

图3为本发明的传动腔的另一种状态示意图；

图4为本发明的抵顶设备的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能 够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述 试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以 是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普 通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“横向”、“纵 向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和 简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造 和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种巷道塑性区分析方法，包括：

步骤一、测量巷道的地应力数据和煤岩物理力学参数，地应力数据包括埋深、垂直主 应力、最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方向，如表1所示，煤岩物理力学参数包括各岩性的密度、体积模量、剪切模量、内摩擦角、抗拉强度、粘聚力等，如 表2所示，按照地质力学测试结果以及地质报告中煤岩层岩性等参数，理论计算或数值模 拟巷道的模拟的塑性区范围，包括测试点坐标-模拟的塑性区大小的映射关系；理论计算 的方法可采用塑性区理论计算公式，

σ_v＝σ₀+tanβσ₃

x-塑性区的大小；

H-煤体的高度；

θ-煤的内摩擦角；

σ₀-煤岩体的强度；

p-破坏区边缘的应力；

σ₃-煤岩体围压；

根据巷道已有的煤岩物理力学参数分别获得H，θ，σ₀(煤试件单轴强度的五分之一)， p根据锚杆支护材料和参数，以锚杆材料的屈服强度335MPa为计算依据，计算巷道表面 支护应力，例如大同煤矿的计算参数和结果表3所示，得到的塑性区范围。

表1

表2

表3

步骤二、由于巷道的形状特点，故在巷道的任一剖面的煤体取测试点，钻孔，孔深方 向垂直于巷道的掘进方向，采用现有的测量方法，测量测试点发生孔壁脆性破坏时对应的 巷道的实测的塑性区大小，即为该测试点的实测的塑性区大小；

步骤三、在步骤一得到的映射关系中查询该测试点的模拟的塑性区大小，并根据该侧 试点的实测的塑性区大小与模拟的塑性区大小的偏离程度，可采用相对误差的方式，也可 采用作除的方式，修正巷道的所有测试点的模拟的塑性区大小，例如，偏离程度大于预设 的范围，则将模拟值与一修正系数相乘，反之使用模拟值，获得巷道的塑性区范围。

在上述技术方案中，提出煤层巷道周围围岩体塑性区分布规律的研究方法，理论分析、 数值模拟、现场测试相结合分析塑性区范围，具体实施过程如下：理论分析和数值模拟相 结合，提出塑性区分布规律，然后在煤体内实测塑性区的大小，计算修正系数，把修正系 数应用到巷道周围围岩体中，提出巷道周围围岩体的塑性区分布规律，具有准确率高的优 点，值得推广。

在另一种技术方案中，步骤一具体为：

按照巷道的实际采掘条件建立FLAC 3D模型，模型X方向长度30m，Y方向(掘进 巷道轴向方向)长度10m；Z方向高度为33m，其中自下而上分别为6.7m砂岩、3.3m 泥岩、14m煤层2m泥岩、7m砂岩。模型共划分280800个单元(单元体三个方向尺寸 均为0.25m左右)和299838个节点。划分单元尺寸根据计算机的性能应越细越好，最大 不大于0.5m，测量巷道的地应力数据和煤岩物理力学参数，并对FLAC 3D模型进行赋值， 计算至平衡，开挖巷道，在Y方向即巷道轴向方向开挖巷道，开挖距离5m，开挖的巷道 宽度6.5m，高度4m，再次计算至平衡，得到包括测试点坐标-模拟的塑性区大小信息的 云图，如图1，中间长方形区域为巷道，向外延伸的层位包括拉破坏、剪切破坏，形成的 灰度区域为塑性区范围，通过网格数读取云图中的塑性区范围，可以看出，塑性区范围约 为3.25m。这种建模的方法相较于现有技术更加准确、直观。

在另一种技术方案中，步骤二具体为：

S1、在巷道的煤体取测试点，在该测试点垂直于巷道的煤体的方向钻孔；

S2、在钻孔的孔深方向确定多个测试位置，测量每个测试位置到孔口的距离值，从孔 口开始依次对每个测试位置的孔壁施加使孔壁发生脆性破坏的压力，记录该压力的压力数 值，作为该测试位置承受的作用力的强度值；

S3、将每个测试位置对应的距离值和强度值进行拟合生成该测试点的强度曲线，其为 一距离值增加时的强度值上升曲线段；

S4、从上升曲线段中读取最大的距离值，即为该测试点的塑性区大小。

在上述技术方案中，利用同一层面的煤岩的塑性区和弹性去应力的强度值特征，绘制 强度曲线并确定塑性区大小，测试方法简单、易行、准确、方便。

在另一种技术方案中，钻孔深度不小于步骤一理论计算得到的巷道的模拟的塑性区范 围。确保在该深度范围内一定能够确定测试点的塑性区大小。

在另一种技术方案中，每个测试位置包括第一测试位置和第二测试位置，第一测试位 置和第二测试位置位于钻孔的同一剖面，且二者的连线与该剖面的一直径重合，测量第一 测试位置和第二测试位置的孔壁发生脆性破坏时的压力数值并计算平均值，作为该测试位 置的强度值。多次测量取平均值具有更好的准确性，而同一测试位置测量次数过多可能导 致煤岩受力过大崩裂导致测量结果的不准确，从局部减小了误差，因此同一直径的两个测 试位置最佳。

在另一种技术方案中，步骤二的测试点包括两个，两个测试点位于巷道的同一剖面， 且二者的连线与该剖面的一直径重合；

分别测量两个测试点的实测的塑性区大小，计算两个测试点的实测的塑性区大小与模 拟的塑性区大小的偏离程度，取平均值，用该平均值修正巷道的所有测试点的模拟的塑性 区大小，获得巷道的塑性区范围。

由于巷道自身的结构特征，对称测量位于同一直径上的测试点取均值更能够反映该测 试点处相应的塑性区大小，从整体减小了误差。

在另一种技术方案中，步骤三具体为：

在云图上读取该测试点的模拟的塑性区大小，用该测试点的实测的塑性区大小与模拟 的塑性区大小作除数，得修正系数，根据修正系数修正所有测试点的模拟的塑性区大小： 当修正系数在预设的阈值范围内，取所有测试点的模拟的塑性区大小构成巷道的塑性区范 围；当修正系数不在预设的阈值范围内，将所有测试点的模拟的塑性区大小与修正系数相 乘，计算结果构成巷道的塑性区范围。

由于巷道自身的结构特征(对称性)，采用以上方案进行修正模拟值，经过多次的试 验论证了技术方案的科学性和准确性。

在另一种技术方案中，测量测试点的塑性区大小采用测试设备进行，所述测试设备包 括：

强度探针装置，其包括保护套、探针2、活塞3、端面压板、侧面压板，保护套的形 状尽量与钻孔的孔壁相匹配，以提高增压操作压力的高效利用，所述保护套内设有传动腔，传动腔以外的部位可以用于容置其他部件(例如位置传感器等)，所述探针2与所述活塞 3安装在所述传动腔内部，所述端面压板、侧面压板封装所述传动腔，确保保护套的相对 密封性，避免泄压，所述侧面压板侧面预留有供所述探针2伸出的通孔，所述探针2与所 述活塞3固定连接，所述活塞3垂直于钻孔的孔深方向滑动密封连接所述传动腔，所述探 针2伸出所述保护套，并垂直作用于孔壁；

测量杆，其一端沿钻孔的孔深方向伸入所述保护套并与所述探针2固定连接、另一端 为操作端，测量杆为可伸缩结构，采用套杆、卷轴形式均可，不局限于此，所述测量杆测量并输出所述探针2所在的测试位置距离孔口的距离值；

位移传感器，其位于所述保护套内部，所述位移传感器通过同步杆与所述探针2连接， 检测所述探针2垂直作用于孔壁的位移并输出电信号；

压力提供装置1与压力传感器，所述压力提供装置1的输出端与所述传动腔连通，并 作用于所述活塞3使其垂直于钻孔的孔深方向发生位移顶推所述探针2，使其垂直作用于 孔壁，压力提供装置1可以为气缸、油缸等，所述压力传感器检测并输出所述压力提供装置1输出的压力值；

数据接收单元，其接收所述位移传感器输出的电信号、所述压力传感器输出的压力值、 所述测量杆输出的距离值，并拟合成测试点的强度曲线，示出测试点的塑性区大小。

在上述技术方案中，压力提供装置1通过增压使活塞3相对于传动腔发生位移，带动 探针2垂直作用于孔壁，施加使孔壁发生脆性破坏的压力，数据接收单元记录并处理压力 值、距离值、位移值。该测试设备结构简单、测试结果准确，适合大规模推广应用。

在另一种技术方案中，如图2、3所示，所述传动腔的剖面为类L形结构，其包括沿钻孔的孔深方向的第一滑动腔与垂直于钻孔的孔深方向的第二滑动腔，所述第一滑动腔与第二滑动腔贯通，所述第一滑动腔的敞开端与所述压力提供装置1的输出端连通，所述第二滑动腔的敞开端供所述探针2伸出，所述探针2与所述活塞3安装在所述第二滑动腔内部，

所述第一滑动腔包括同轴线的内腔和外腔，所述内腔的入口端、所述外腔的入口端对 齐、且与所述压力提供装置1的输出端连通，便于接收压力提供装置1施加的压力，所述 内腔的轴向长度小于所述外腔的轴向长度，所述内腔的出口端敞开，所述外腔的出口端封 闭，使压力提供装置1输出的压力同时向内腔、外腔，从而推动第一滑动活塞4、第二滑动活塞5运动，所述内腔与所述第二滑动腔相对的部分设有三个环形凹部，三个环形凹部分别设有与所述第二滑动腔贯通的气道，所述气道与所述外腔不贯通，且三个气道分别朝向所述活塞3的两侧与中心、且连线位于所述活塞3的同一直径上，也就是说，当气流同 时进入内腔和外腔，第一滑动活塞4和第二滑动活塞5被气压推动至抵触，气道与内腔连 通，气流由内腔进入第二滑动腔，改变了气流的方向，同时使活塞3受到的压力均衡，在 较小的气道内形成具有方向的更大的压力，启动活塞3作远离运动，变相延长了探针2的 行进路径，具有更大的测试范围，第一滑动活塞3、第二滑动活塞3为规格尺寸一致的滑 动密封件，所述第一滑动活塞3、第二滑动活塞3的外周均依次设有一对环形密封圈6， 所述第一滑动活塞3、第二滑动活塞3设置于所述内腔，所述压力输出装置未输出压力时， 第一滑动活塞3、第二滑动活塞3不接触，且各自的一对环形密封圈6分别与所述内腔的 侧壁密封接触，所述第一滑动活塞3与一侧的一个环形凹部重合的部分位于一对环形密封 圈6之间，所述第二滑动活塞3与另一侧的一个环形凹部重合的部分位于一对环形密封圈 6之间，所述第一滑动腔与所述第二滑动腔不连通，所述压力输出装置输出压力时，第一 滑动活塞3、第二滑动活塞3相向滑动至抵触，第一滑动活塞3、第二滑动活塞3的一对 环形密封圈6均与所述内腔的侧壁错位，且各自的一对环形密封圈6位于三个环形凹部， 气道连通所述第一滑动腔与所述第二滑动腔，所述探针2被顶出。

在上述技术方案中，通过改变现有的压力提供装置1直接侧向向传动腔施加压力，转 化成自下至上的压力，并且在相对有限的空间内合理规划成第一滑动腔和第二滑动腔，第 一滑动腔中第一滑动活塞4的受力与第二滑动活塞5的受力均衡，取决于外腔的单位流通 量以及第一滑动活塞4、第二滑动活塞5在内腔内行进的相对位移大小，第二滑动腔通过起到的设置解决了空间被占用后压力不足的缺陷，通过狭小空间的导向气压确保活塞3受力均衡且集中，延长了探针2的行进路径，具有明显的技术进步。

在另一种技术方案中，如图4所示，当钻孔的尺寸与保护套不匹配时，所述保护套外 周设有抵顶设备，其包括：

匚形连杆7，其设置在所述保护套外部、远离所述探针2的一侧，所述匚形连杆7的两个端部杆体与所述保护套的外壁固接，该部位的长度不一定跟保护套和钻孔的间距恰好匹配，所述匚形连杆7的中间段杆体沿钻孔的孔深方向设置、且设有外螺纹；

一对抵顶件8，抵顶件8可以设置成类似螺母的形状，所述抵顶件8为轴线沿钻孔的孔深方向设置的圆柱形结构，所述抵顶件8的偏心处设有带内螺纹的贯通孔，一对抵顶件 8与所述匚形连杆7的中间段杆体螺接，抵顶件8在旋转过程中，其外周与钻孔孔壁的距 离逐渐减小，直至所述抵顶件8在旋转路径上某一位置时，其外周与钻孔的孔壁抵触，当 一对抵顶件8与钻孔孔壁抵紧时，探针2与另一侧的钻孔孔壁抵紧，此时便可启动压力提 供装置1进行施压，避免高压造成的保护套晃动、影响测试结果；

操作杆9，其为轴线沿钻孔的孔深方向设置的杆状结构，所述操作杆9固接于一对抵 顶件8，所述操作杆9伸出所述钻孔的部分形成转动手柄。直接操作转动手柄，便可同步转动一对抵顶件8，使保护套的首尾端受力均匀，便于工作人员操作。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改 和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用， 它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现 另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特 定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.巷道塑性区分析方法，其特征在于，包括：

步骤一、测量巷道的地应力数据和煤岩物理力学参数，理论计算或数值模拟巷道的模拟的塑性区范围，其包括测试点坐标-模拟的塑性区大小的映射关系；

步骤二、在巷道的煤体取测试点，钻孔，测量测试点发生孔壁脆性破坏时对应的巷道的实测的塑性区大小；

步骤三、查询该测试点的模拟的塑性区大小，并根据该侧试点的实测的塑性区大小与模拟的塑性区大小的偏离程度，修正巷道的所有测试点的模拟的塑性区大小，获得巷道的塑性区范围，具体为：

在云图上读取该测试点的模拟的塑性区大小，用该测试点的实测的塑性区大小与模拟的塑性区大小作除数，得修正系数，根据修正系数修正所有测试点的模拟的塑性区大小：当修正系数在预设的阈值范围内，取所有测试点的模拟的塑性区大小构成巷道的塑性区范围；当修正系数不在预设的阈值范围内，将所有测试点的模拟的塑性区大小与修正系数相乘，计算结果构成巷道的塑性区范围。

2.如权利要求1所述的巷道塑性区分析方法，其特征在于，步骤一具体为：

按照巷道的实际采掘条件建立FLAC 3D模型，测量巷道的地应力数据和煤岩物理力学参数，并对FLAC 3D模型进行赋值，计算至平衡，开挖巷道，再次计算至平衡，得到包括测试点坐标-模拟的塑性区大小信息的云图，读取云图中的塑性区范围。

3.如权利要求1所述的巷道塑性区分析方法，其特征在于，步骤二具体为：

S1、在巷道的煤体取测试点，在该测试点垂直于巷道的煤体的方向钻孔；

S2、在钻孔的孔深方向确定多个测试位置，测量每个测试位置到孔口的距离值，从孔口开始依次对每个测试位置的孔壁施加使孔壁发生脆性破坏的压力，记录该压力的压力数值，作为该测试位置承受的作用力的强度值；

S3、将每个测试位置对应的距离值和强度值进行拟合生成该测试点的强度曲线，其为一距离值增加时的强度值上升曲线段；

S4、从上升曲线段中读取最大的距离值，即为该测试点的塑性区大小。

4.如权利要求3所述的巷道塑性区分析方法，其特征在于，钻孔深度不小于步骤一理论计算得到的巷道的模拟的塑性区范围。

5.如权利要求3所述的巷道塑性区分析方法，其特征在于，每个测试位置包括第一测试位置和第二测试位置，第一测试位置和第二测试位置位于钻孔的同一剖面，且二者的连线与该剖面的一直径重合，测量第一测试位置和第二测试位置的孔壁发生脆性破坏时的压力数值并计算平均值，作为该测试位置的强度值。

6.如权利要求1所述的巷道塑性区分析方法，其特征在于，步骤二的测试点包括两个，两个测试点位于巷道的同一剖面，且二者的连线与该剖面的一直径重合；

分别测量两个测试点的实测的塑性区大小，计算两个测试点的实测的塑性区大小与模拟的塑性区大小的偏离程度，取平均值，用该平均值修正巷道的所有测试点的模拟的塑性区大小，获得巷道的塑性区范围。

7.如权利要求3所述的巷道塑性区分析方法，其特征在于，测量测试点的塑性区大小采用测试设备进行，所述测试设备包括：

强度探针装置，其包括保护套、探针、活塞、端面压板、侧面压板，所述保护套内设有传动腔，所述探针与所述活塞安装在所述传动腔内部，所述端面压板、侧面压板封装所述传动腔，所述侧面压板侧面预留有供所述探针伸出的通孔，所述探针与所述活塞固定连接，所述活塞垂直于钻孔的孔深方向滑动密封连接所述传动腔，所述探针伸出所述保护套，并垂直作用于孔壁；

测量杆，其一端沿钻孔的孔深方向伸入所述保护套并与所述探针固定连接、另一端为操作端，所述测量杆测量并输出所述探针所在的测试位置距离孔口的距离值；

位移传感器，其位于所述保护套内部，所述位移传感器通过同步杆与所述探针连接，检测所述探针垂直作用于孔壁的位移并输出电信号；

压力提供装置与压力传感器，所述压力提供装置的输出端与所述传动腔连通，并作用于所述活塞使其垂直于钻孔的孔深方向发生位移顶推所述探针，使其垂直作用于孔壁，所述压力传感器检测并输出所述压力提供装置输出的压力值；

数据接收单元，其接收所述位移传感器输出的电信号、所述压力传感器输出的压力值、所述测量杆输出的距离值，并拟合成测试点的强度曲线，示出测试点的塑性区大小。

8.如权利要求7所述的巷道塑性区分析方法，其特征在于，所述传动腔的剖面为类L形结构，其包括沿钻孔的孔深方向的第一滑动腔与垂直于钻孔的孔深方向的第二滑动腔，所述第一滑动腔与第二滑动腔贯通，所述第一滑动腔的敞开端与所述压力提供装置的输出端连通，所述第二滑动腔的敞开端供所述探针伸出，所述探针与所述活塞安装在所述第二滑动腔内部，

所述第一滑动腔包括同轴线的内腔和外腔，所述内腔的入口端、所述外腔的入口端对齐、且与所述压力提供装置的输出端连通，所述内腔的轴向长度小于所述外腔的轴向长度，所述内腔的出口端敞开，所述外腔的出口端封闭，所述内腔与所述第二滑动腔相对的部分设有三个环形凹部，三个环形凹部分别设有与所述第二滑动腔贯通的气道，所述气道与所述外腔不贯通，且三个气道分别朝向所述活塞的两侧与中心、且连线位于所述活塞的同一直径上，第一滑动活塞、第二滑动活塞为规格尺寸一致的滑动密封件，所述第一滑动活塞、第二滑动活塞的外周均依次设有一对环形密封圈，所述第一滑动活塞、第二滑动活塞设置于所述内腔，所述压力输出装置未输出压力时，第一滑动活塞、第二滑动活塞不接触，且各自的一对环形密封圈分别与所述内腔的侧壁密封接触，所述第一滑动活塞与一侧的一个环形凹部重合的部分位于一对环形密封圈之间，所述第二滑动活塞与另一侧的一个环形凹部重合的部分位于一对环形密封圈之间，所述第一滑动腔与所述第二滑动腔不连通，所述压力输出装置输出压力时，第一滑动活塞、第二滑动活塞相向滑动至抵触，第一滑动活塞、第二滑动活塞的一对环形密封圈均与所述内腔的侧壁错位，且各自的一对环形密封圈位于三个环形凹部，气道连通所述第一滑动腔与所述第二滑动腔，所述探针被顶出。

9.如权利要求8所述的巷道塑性区分析方法，其特征在于，所述保护套外周设有抵顶设备，其包括：

匚形连杆，其设置在所述保护套外部、远离所述探针的一侧，所述匚形连杆的两个端部杆体与所述保护套的外壁固接，所述匚形连杆的中间段杆体沿钻孔的孔深方向设置、且设有外螺纹；

一对抵顶件，所述抵顶件为轴线沿钻孔的孔深方向设置的圆柱形结构，所述抵顶件的偏心处设有带内螺纹的贯通孔，一对抵顶件与所述匚形连杆的中间段杆体螺接，所述抵顶件在旋转路径上某一位置时，其外周与钻孔的孔壁抵触；

操作杆，其为轴线沿钻孔的孔深方向设置的杆状结构，所述操作杆固接于一对抵顶件，所述操作杆伸出所述钻孔的部分形成转动手柄。

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