CN116593325A - 一种爆破对锚固支护影响评价方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种爆破对锚固支护影响评价方法和系统。通过在巷道掘进过程中的迎头段和支护段布设数据监测点，获取爆破漏斗半径和锚固支护区围岩破坏范围并计算爆破围岩破坏范围影响率；获取爆破时爆破区岩体波速和锚固支护区岩体波速以计算爆破岩体波速影响率；获取锚固支护区围岩爆破前和爆破后应力峰值和对应应力峰值位移值以计算锚固支护区应力峰值位移转移率；测得爆破区与锚固支护区距离和锚固支护区支护断面位移，以计算爆破距离影响支护断面位移变化率；获取锚固支护区中支护构件工作荷载平均值和爆破后围岩应力峰值强度，以计算锚固支护区围岩强度稳定率，进行权重划分计算得到综合评价指标，提供定量化分析、全面评价方法。

Description

一种爆破对锚固支护影响评价方法和系统
技术领域
本申请涉及地下支护技术领域，特别涉及一种爆破对锚固支护影响评价方法和系统。
背景技术
锚固支护失效问题一直是困扰地下工程安全、高效生产的重大难题之一，随着国家经济快速发展，隧洞、巷道等地下工程建设逐渐向深部发展，锚固支护难度逐渐升级。实际工程应用中大多依赖现场工程经验，传统的评价方法属于定性评价，无法定量化分析爆破对锚固支护影响，进而在定量化分析的基础上对巷道锚固支护进行优化设计。
目前针对爆破等动力扰动条件下锚固支护失效试验面临诸多难题的现象，现有的评价方法大多存在以下不足：一、传统的评价方法只是考虑单一指标对爆破等动力扰动条件下锚固支护影响。二、现有的评价方法未考虑爆破等动力扰动条件因素，不能真实反映现场实际工程状况。三、现有的评价方法仅仅只是针对两个典型断面，未考虑掘进过程是动态变化，缺乏全面分析。
因此，亟需一种评价方法对其进行有效分析。
发明内容
本申请的目的在于提供一种爆破对锚固支护影响评价方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请提供了一种爆破对锚固支护影响评价方法，包括：
步骤S101、在巷道掘进过程中的多个典型断面的迎头段和支护段布设数据监测点；其中，所述迎头段为巷道掘进过程的爆破区，所述支护段为巷道掘进过程的锚固支护区；
步骤S102、获取不同炸药量的爆破漏斗半径以及锚固支护区围岩破坏范围，并根据所述爆破漏斗半径和所述锚固支护区围岩破坏范围得到爆破围岩破坏范围影响率；
步骤S103、获取爆破时爆破区岩体波速和锚固支护区岩体波速，并根据所述爆破时爆破区岩体波速和所述锚固支护区岩体波速得到爆破岩体波速影响率；
步骤S104、获取锚固支护区围岩爆破前和爆破后应力峰值强度以及对应的应力峰值位移值，并根据锚固支护区围岩爆破前后的应力峰值位移值得到锚固支护区应力峰值位移转移率；
步骤S105、测量爆破区与锚固支护区的距离，获取锚固支护区支护断面位移，并根据所述爆破区与锚固支护区的距离和所述锚固支护区支护断面位移得到爆破距离影响支护断面位移变化率；
步骤S106、获取锚固支护区中支护构件工作荷载平均值，结合锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度，并根据所述工作荷载值和所述锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度计算得到爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率；
步骤S107、对所述爆破围岩破坏范围影响率、所述爆破岩体波速影响率、所述锚固支护区应力峰值位移转移率、所述爆破距离影响支护断面位移变化率、所述爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率进行权重划分后计算综合评价指标，以对爆破对锚固支护影响进行定量化分析。
优选地，在步骤S101中，数据监测点均布在所述锚固支护区围岩内部，和/或，数据监测点设置在迎头段的不同位置上。
优选地，在步骤S102中，根据爆破要求，在所述迎头段的不同位置埋设不同炸药量，并利用抛掷漏斗法获取不同位置的爆破漏斗半径Ri；
在所述数据监测点布设钻孔探测仪，待锚固支护区围岩稳定后获取不同爆破漏斗半径Ri对应的锚固支护区围岩破坏范围Pi，进而根据计算得到爆破围岩破坏范围影响率K1；其中，Ri、Pi分别表示第i位置处的爆破漏斗半径、锚固支护区围岩破坏范围，i为正整数。
优选地，在步骤S103中，利用声波测试仪分别获取爆破时爆破区岩体波速λa和锚固支护区岩体波速λb，进而根据计算得到爆破岩体波速影响率K2。
优选地，在步骤S104中，利用刻度尺记录爆破前应力峰值位移值S1和爆破后应力峰值位移S2；
根据公式：计算得到锚固支护区应力峰值位移转移率K3。
优选地，步骤S105中，利用卷尺测得所述爆破区与锚固支护区的距离L1；
利用红外测距仪获取锚固支护区断面围岩各个关键部位在爆破前和爆破后的位移测量，并求得各个关键部位在爆破前和爆破后的位移测量的平均值，作为锚固支护区支护断面位移L2；
根据公式：计算得到爆破距离影响支护断面位移变化率K4。
优选地，步骤S106中，以各个支护构件所在位置作为数据监测点，在各个数据监测点布设压力计；
利用压力计测量锚固支护区爆破前各个支护构件的工作荷载并计算平均值，得到锚固支护区中支护构件工作荷载平均值σc；
在锚固支护区围岩内部均匀布设钻孔；
利用钻孔应力计测量锚固支护区围岩爆破前和爆破后各个数据监测点的应力强度，从而确定锚固支护区围岩爆破后的应力峰值强度σmax；
根据公式：计算得到爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率K5。
优选地，步骤S107中，对所述爆破围岩破坏范围影响率、所述爆破岩体波速影响率、所述锚固支护区应力峰值位移转移率、所述爆破距离影响支护断面位移变化率、所述爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率进行权重划分，得到评价指标的权重βj；
根据公式：K＝∑βjKj，
计算综合评价指标K；
其中，Kj为第j个评价指标，βj为第j个评价指标的权重；所述评价指标为所述爆破围岩破坏范围影响率、所述爆破岩体波速影响率、所述锚固支护区应力峰值位移转移率、所述爆破距离影响支护断面位移变化率、所述爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率中的任一个；j＝1,2,3,4,5。
优选地，步骤S107还包括：确定锚固支护影响评价阈值K0；
响应于综合评价指标K小于锚固支护影响评价阈值K0，重新设计爆破条件下锚固支护区断面锚固参数。
本申请提供一种爆破对锚固支护影响评价系统，包括：
布设单元，配置为在巷道掘进过程中的多个典型断面的迎头段和支护段布设数据监测点；其中，所述迎头段为巷道掘进过程的爆破区，所述支护段为巷道掘进过程的锚固支护区；
第一计算单元，配置为获取不同炸药量的爆破漏斗半径以及锚固支护区围岩破坏范围，并根据所述爆破漏斗半径和所述锚固支护区围岩破坏范围得到爆破围岩破坏范围影响率；
第二计算单元，配置为获取爆破时爆破区岩体波速和锚固支护区岩体波速，并根据所述爆破时爆破区岩体波速和所述锚固支护区岩体波速得到爆破岩体波速影响率；
第三计算单元，配置为获取锚固支护区围岩爆破前和爆破后应力峰值强度以及对应的应力峰值位移值，并根据锚固支护区围岩爆破前后的应力峰值位移值得到锚固支护区应力峰值位移转移率；
第四计算单元，配置为测量爆破区与锚固支护区的距离，获取锚固支护区支护断面位移，并根据所述爆破区与锚固支护区的距离和所述锚固支护区支护断面位移得到爆破距离影响支护断面位移变化率；
第五计算单元，配置为获取锚固支护区中支护构件工作荷载平均值，结合锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度，并根据所述工作荷载值和所述锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度计算得到爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率；
综合评价单元，配置为对所述爆破围岩破坏范围影响率、所述爆破岩体波速影响率、所述锚固支护区应力峰值位移转移率、所述爆破距离影响支护断面位移变化率、所述爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率进行权重划分后计算综合评价指标，以对爆破对锚固支护影响进行定量化分析。
有益效果：
本申请的技术方案针对巷道掘进动态过程中，爆破等动力扰动条件下导致的锚固支护失效问题，通过在多个典型断面的迎头段和支护段布设数据监测点，分别获取不同炸药量的爆破漏斗半径以及锚固支护区围岩破坏范围、爆破时爆破区岩体波速和锚固支护区岩体波速、锚固支护区围岩爆破前和爆破后应力峰值强度以及对应的应力峰值位移值、爆破区与锚固支护区的距离和锚固支护区支护断面位移、锚固支护区中支护构件工作荷载平均值等监测数据，并根据上述监测数据计算出爆破围岩破坏范围影响率、爆破岩体波速影响率、锚固支护区应力峰值位移转移率、爆破距离影响支护断面位移变化率、爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率五个评价指标，然后对该五个评价指标进行权重划分后计算出综合评价指标，并利用该综合评价指标对锚固支护影响进行定量化分析。该方法充分考虑到地下巷道掘进的动态过程，通过数据监测点的布设以及科学建立五个评价指标，并对各个评价指标进行权重划分计算出综合评价指标，从而克服了传统定性评价方法仅考虑单一指标的缺陷，为爆破等动力扰动条件下锚固支护影响提供了一种全面、综合、动态的分析评价方法。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为根据本申请的一些实施例提供的爆破对锚固支护影响评价方法的逻辑示意图；
图2为根据本申请的一些实施例提供的爆破对锚固支护影响评价方法的流程示意图；
图3为根据本申请的一些实施例提供的爆破对锚固支护影响评价系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在以下描述中，所涉及的术语“第一/第二/第三”仅仅是区别类似的对象，不代表对对象的特定排序，可以理解地，“第一/第二/第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
为了便于理解本申请的技术方案，下面对相关应用场景进行说明。
锚固支护是指在地下工程开挖过程中，利用锚杆或锚索等材料，将地下岩土体和地下结构物进行牢固连接的一种支护方法，它是地下工程中常用的一种支护形式，主要用于稳定地下岩土体，增强地下结构物的承载能力，以及保证地下工程的安全稳定。锚固支护的基本原理是利用钢筋或钢缆等材料，在地下岩土体内形成一个锚固体系，通过与地下岩土体或地下结构物形成牢固的锚固作用，达到固结和加固的效果。常见的锚固材料包括钢筋、钢缆、合成材料等，常用的锚固方法包括预应力锚固、非预应力锚固、化学锚固等。锚固支护的设计和施工需要考虑地质条件、开挖断面、地下水位等多种因素，以确保锚固支护的质量和安全性。
然而，在地下工程使用锚固支护的过程中，由于各种原因导致锚固体系无法继续起到支护和加固的作用，造成锚固支护失效。锚固支护失效的原因有很多，包括地质条件变化、锚固材料质量问题、施工质量不合格、外力作用等。
爆破是地下工程一种常见的施工方法，爆破会对地下岩体造成强烈扰动，这些强烈的扰动会对锚固支护的稳定性产生影响，爆破还可能会扩大周围岩体的裂隙从而导致锚固支护的固定点变得不稳定。此外，爆破还可能会导致锚杆变形、断裂或易于腐蚀，从而影响锚固支护的稳定性，进而导致锚固支护失效。锚固支护失效会严重影响地下工程的稳定性和安全性，可能导致地下工程的坍塌、变形、沉降等问题，因此，在爆破施工过程中，需要采取合适的措施，及时调整锚固支护的位置和状态，避免锚固支护失效的发生，而准确评价锚固支护当前所处的状态是采取合理措施的前提。
传统的锚固支护影响评价方法有地震响应分析法、岩体动力学分析法、锚杆受力分析法，其中，地震响应分析法通过地震响应分析预测爆破所产生的地震波对锚固支护的影响，岩体动力学分析法通过分析岩石的应力波传递、岩体裂隙扩展等过程确定其锚固支护的影响，锚杆受力分析法通过对锚杆进行受力分析，从应力、变形等方面预测爆破对锚杆的影响。然而，上述评价分析方法通常仅考虑单一指标对爆破等动力扰动条件下锚固支护影响，无法进行全面、综合的评价，也并未考虑掘进的动态变化过程，导致评价结果精度不足，难以真实反映实际工程状况。
示例性方法
本申请实施例提供爆破对锚固支护影响评价方法，如图1、图2所示，该方法包括：
步骤S101、在巷道掘进过程中的多个典型断面的迎头段和支护段布设数据监测点。
其中，迎头段为巷道掘进过程的爆破区，支护段为巷道掘进过程的锚固支护区。
本申请实施例中，通过选取多个典型断面，在迎头段和支护段布设数据监测点，从而及时动态地获取掘进过程中监测数据，为实时动态锚固支护影响评价奠定了基础。
其中，典型断面有多个，可以在软岩或硬岩巷道中根据巷道的地质条件、施工条件进行选取，典型断面的选定还可以考虑经济因素和其他条件。
巷道掘进过程中，爆破作业是常见的地质工程技术之一。本申请在确定典型断面之后，还根据巷道的长度、断面和岩土体的强度等因素确定爆破方案，然后按照所设计的爆破方案确定炮孔的位置、长度、直径并布置炮孔，进而在炮孔中设置爆炸物(即炸药)进行爆破施工。
其中，迎头段指的是爆破施工的爆破区，为了确保迎头段的稳定和安全，掘进过程的爆破作业中可以在迎头段设置临时支护。
需要说明的是，本实施例中，典型断面中迎头段和支护段并非实质意义上的两段，而是针对整个掘进过程中的迎头段和支护段，也就是说，在爆破施工过程中，多次爆破作业会使工作面持续向前推移，迎头段的位置也会随着掘进过程动态变化，使得每一次爆破后对围岩的支护形成新的支护段，进而形成多段支护的状态。通过在迎头段和支护段获取监测数据，不仅能够在爆破等动力扰动条件下工作面持续向前推移时全面的反映爆破对锚固支护影响，而且随着每一次爆破的推进以及爆破中每一次监测数据的采集进而计算综合指标，考虑了多次爆破对多段支护的叠加效应，使得锚固支护分析更加准确。
步骤S102、获取不同炸药量的爆破漏斗半径以及锚固支护区围岩破坏范围，并根据爆破漏斗半径和锚固支护区围岩破坏范围得到爆破围岩破坏范围影响率(简称破坏范围影响率)。
围岩破坏范围是地下工程施工过程中需要考虑的重要问题之一，如果围岩破坏范围超出了预期范围，可能会对施工安全和工程质量造成影响。本实施例根据爆破漏斗半径和锚固支护区围岩破坏范围计算得到爆破围岩破坏范围影响率，用于评估爆破开挖等动力扰动条件对锚固支护区的影响。其中，爆破漏斗区域是指在巷道掘进中进行爆破作业时，由于岩体受到爆炸波的冲击而发生破坏的区域，其形状类似于一个漏斗。爆破漏斗半径是指该区域的半径大小，用于评估爆破作业对周围环境和设施的影响。锚固支护区围岩破坏范围是指当前爆破作业导致锚固支护区内围岩失稳、破坏的区域范围，该区域通常出现岩体的断裂、裂隙、塌方、冒顶、变形等现象，其范围和程度取决于多种因素，如地质条件、动力扰动情况或应力变化等。
步骤S103、获取爆破时爆破区岩体波速和锚固支护区岩体波速，并根据爆破时爆破区岩体波速和锚固支护区岩体波速得到爆破岩体波速影响率(简称岩体波速影响率)。
振动波速的大小对于爆破工程的设计和施工至关重要，本实施例通过在爆破施工中对爆破时爆破区岩体波速和锚固支护区岩体波速进行监测和测量，获取相应的监测数据后计算爆破岩体波速影响率，以评估不同岩石物理和力学性质下振动波速对锚固支护效果的影响，并采取相应的控制措施。
步骤S104、获取锚固支护区围岩爆破前和爆破后应力峰值强度以及对应的应力峰值位移值，并根据锚固支护区围岩爆破前后的应力峰值位移值得到锚固支护区应力峰值位移转移率(简称应力峰值位转率)。
应力峰值强度指的是锚固支护区围岩的应力-应变曲线上达到最大应力点的强度值，是一个重要力学参数。应力峰值位移值是锚固支护区围岩在受到外部载荷作用(比如爆破扰动)时，达到最大应变点的位移值。本实施例中，通过获取锚固支护区围岩爆破前和爆破后应力峰值强度以及对应的应力峰值位移值，并计算得到锚固支护区应力峰值位移转移率，用于评价爆破扰动条件下锚固支护区围岩的力学性能，进而为支护结构的设计提供依据。
步骤S105、测量爆破区与锚固支护区的距离，获取锚固支护区支护断面位移，并根据爆破区与锚固支护区的距离和锚固支护区支护断面位移得到爆破距离影响支护断面位移变化率(简称断面位移变化率)。
通过获取爆破区与锚固支护区的距离、锚固支护区支护断面位移，并计算得到爆破距离影响支护断面位移变化率，能够充分反映出爆破的范围和强度，进而评价其对锚固支护的影响。
步骤S106、获取支护构件(比如锚杆、锚索)的工作荷载值，结合锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度，并根据工作荷载值和锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度计算得到爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率(简称围岩强度稳定率)。
由于爆破作业中会产生冲击波、振动波、岩石碎片等外力，这些外力会对锚固支护结构产生影响，引起支护结构的变形、松动或破坏。本实施例通过获取锚固支护区中支护构件工作荷载平均值，结合锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度，进而计算得到爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率，用于定量化表征爆破条件下锚固支护区中锚杆、锚索等零部件的受力情况和破坏情况。
步骤S107、对爆破围岩破坏范围影响率、爆破岩体波速影响率、锚固支护区应力峰值位移转移率、爆破距离影响支护断面位移变化率、爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率进行权重划分后计算综合评价指标(简称综合指标)，以对爆破对锚固支护影响进行定量化分析。
即根据步骤S102～步骤S105计算得到的爆破对锚固支护影响评价五个评价指标，科学进行权重划分建立综合评价指标定量化分析爆破对锚固支护影响。
本申请实施例中，针对目前传统的评价方法只是考虑单一指标对爆破等动力扰动条件下锚固支护影响的现象，通过数据评测检验过程获取各个数据监测点的监测数据，进而科学建立五个评价指标进行综合评价，为定量化分析爆破对锚固支护影响提供了全面的评价方法。同时，本实施例针对性的考虑爆破等动力扰动重要影响因素，克服了现有的评价方法忽略爆破等动力扰动对锚固支护的影响，真实反映现场实际工程状况。
本实施例充分考虑到地下工程的工作面掘进过程是持续推进的，通过布设炮孔(炸药点)实施爆破作用于工作面(爆破区)，其爆破等动力扰动是对新旧锚固支护区有叠加扰动效应，建立了动态评价方法，科学合理研究了爆破等动力扰动条件下锚固支护影响。
一些可选的实施方式中，在步骤S101中，数据监测点均布在锚固支护区围岩内部，和/或，数据监测点设置在迎头段的不同位置上。比如，数据监测点可以布设在典型断面的帮部、左右拱肩、拱顶的位置。
一些可选的实施方式中，在步骤S102中，根据爆破要求，在迎头段的不同位置埋设不同炸药量，并利用抛掷漏斗法获取不同位置的爆破漏斗半径Ri；在数据监测点布设钻孔探测仪，待锚固支护区围岩稳定后获取不同爆破漏斗半径Ri对应的锚固支护区围岩破坏范围Pi，进而根据计算得到爆破围岩破坏范围影响率K1。其中，Ri、Pi分别表示第i位置处的爆破漏斗半径、锚固支护区围岩破坏范围，i为正整数。
其中，锚固支护区围岩稳定所需时间可以根据现场工程经验确定，或者，可以认为规定在爆炸2小时后锚固支护区围岩达到稳定状态。
一些可选的实施方式中，在步骤S103中，利用声波测试仪分别获取爆破时爆破区岩体波速λa和锚固支护区岩体波速λb，进而根据计算得到爆破岩体波速影响率K2。
一些可选的实施方式中，在步骤S104中，利用刻度尺记录爆破前应力峰值位移值S1和爆破后应力峰值位移S2；根据公式：计算得到锚固支护区应力峰值位移转移率K3。
本实施例中，用刻度尺记录对应爆破前和爆破后应力峰值位移S1、S2，进而得到锚固支护区应力峰值位转率(也叫位移转移率)为即锚固支护区应力峰值位置偏移率。
一些可选的实施方式中，步骤S105中，利用卷尺测得爆破区与锚固支护区的距离L1；利用红外测距仪分别获取锚固支护区断面围岩各个关键部位在爆破前和爆破后的位移测量，并求得各个关键部位在爆破前和爆破后的位移测量的平均值，作为锚固支护区支护断面位移L2；根据公式：计算得到爆破距离影响支护断面位移变化率K4，又叫围岩收敛爆破控制率。
其中，各个关键部位包括断面围岩的拱顶、左拱肩、右拱肩、左拱腰、右拱腰、左拱脚、右拱脚等位置。爆破后具体指的是围岩稳定后，也即爆破2小时后。
一些可选的实施方式中，步骤S106中，以各个支护构件(即锚杆(索)锚具)所在位置作为数据监测点，在各个数据监测点布设压力计(或压力表)；利用压力计测量锚固支护区爆破前各个支护构件的工作荷载并计算平均值，得到锚固支护区中支护构件工作荷载平均值σc；在锚固支护区围岩内部均匀布设钻孔；利用钻孔应力计测量锚固支护区围岩爆破前和爆破后各个数据监测点的应力强度，并根据所测得的应力强度确定锚固支护区围岩爆破后的应力峰值强度σmax；根据公式：计算得到爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率K5。
一些可选的实施方式中，步骤S107中，对爆破围岩破坏范围影响率、爆破岩体波速影响率、锚固支护区应力峰值位移转移率、爆破距离影响支护断面位移变化率、爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率进行权重划分，得到评价指标的权重βj。
根据公式：K＝∑βjKj，计算综合评价指标K；
其中，Kj为第j个评价指标，j＝1,2,3,4,5；βj为第j个评价指标的权重；评价指标为爆破围岩破坏范围影响率、爆破岩体波速影响率、锚固支护区应力峰值位移转移率、爆破距离影响支护断面位移变化率、爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率中的任一个。
其中，βj可以通过根据现场工程经验对五个指标进行权重系数划分得到。
一些可选的实施方式中，步骤S107还包括：确定锚固支护影响评价阈值K0；响应于综合评价指标K小于锚固支护影响评价阈值K0，重新设计爆破条件下锚固支护区断面锚固参数。
其中，锚固支护影响评价阈值K0可以根据经验人为设定。若综合评价指标K大于等于锚固支护影响评价阈值K0，则认为锚固支护并未失效，地下工程处于安全状态，否则，综合评价指标K小于锚固支护影响评价阈值K0，则认为锚固支护失效，地下工程处于危险状态，需要重新设计爆破条件下锚固支护区断面的锚固支护参数。
需要特别说明的是，本实施例经过对爆破围岩破坏范围影响率、爆破岩体波速影响率、锚固支护区应力峰值位移转移率、爆破距离影响支护断面位移变化率、爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定的计算方法进行设计，使得所有的评价指标均为无量纲指标，不仅使得各个评价指标的物理含义更加明确，并且，所有评价指标取值的大小与锚固支护影响评价具有相同方向的变化关系，这样，当综合评价指标大于锚固支护影响评价阈值K0时，就能明确锚固支护未失效，从而避免评价指标与锚固支护参数变化方向不同导致评价结果不准确的问题。
综上所述，本申请实施例通过选定软岩(或硬岩)巷道掘进中的迎头段(爆破区)和支护段(锚固支护区)，利用抛掷漏斗法获取不同炸药量的爆破漏斗半径，利用钻孔探测仪得到锚固支护区围岩破坏范围，进而获得爆破围岩破坏范围影响率；利用声波测试仪获取爆破时爆破区岩体波速和锚固支护区岩体波速，进而得到爆破岩体波速影响率；利用钻孔应力计获取锚固支护区围岩爆破前和爆破后应力峰值和对应的应力峰值位移值，进而得到锚固支护区应力峰值位移转移率；利用卷尺测得爆破区与锚固支护区距离，利用红外测距仪获得锚固支护区支护断面位移，进而得到爆破距离影响支护断面位移变化率；利用压力计获取锚杆(索)工作荷载值，利用钻孔应力计获取锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度，进而得到爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率；本发明通过科学建立五个评价指标，并根据五个评价指标进行权重建立综合评价指标为定量化分析爆破对锚固支护影响提供了全面的评价方法。
示例性系统
本申请还提供一种爆破对锚固支护影响评价系统，如图3所示，该系统包括：布设单元301、第一计算单元302、第二计算单元303、第三计算单元304、第四计算单元305、第五计算单元306和综合评价单元307。其中：
布设单元301，配置为在巷道掘进过程中的多个典型断面的迎头段和支护段布设数据监测点；其中，迎头段为巷道掘进过程的爆破区，支护段为巷道掘进过程的锚固支护区。
第一计算单元302，配置为获取不同炸药量的爆破漏斗半径以及锚固支护区围岩破坏范围，并根据爆破漏斗半径和锚固支护区围岩破坏范围得到爆破围岩破坏范围影响率。
第二计算单元303，配置为获取爆破时爆破区岩体波速和锚固支护区岩体波速，并根据爆破时爆破区岩体波速和锚固支护区岩体波速得到爆破岩体波速影响率。
第三计算单元304，配置为获取锚固支护区围岩爆破前和爆破后应力峰值强度以及对应的应力峰值位移值，并根据锚固支护区围岩爆破前后的应力峰值位移值得到锚固支护区应力峰值位移转移率。
第四计算单元305，配置为测量爆破区与锚固支护区的距离，获取锚固支护区支护断面位移，并根据爆破区与锚固支护区的距离和锚固支护区支护断面位移得到爆破距离影响支护断面位移变化率。
第五计算单元306，配置为获取锚固支护区中支护构件工作荷载平均值，结合锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度，并根据工作荷载值和锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度计算得到爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率。
综合评价单元307，配置为对爆破围岩破坏范围影响率、爆破岩体波速影响率、锚固支护区应力峰值位移转移率、爆破距离影响支护断面位移变化率、爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率进行权重划分后计算综合评价指标，以对爆破对锚固支护影响进行定量化分析。
本申请实施例提供的爆破对锚固支护影响评价系统，能够实现上述任一实施例提供的爆破对锚固支护影响评价方法的步骤、流程，并达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种爆破对锚固支护影响评价方法，其特征在于，包括：
步骤S101、在巷道掘进过程中的多个典型断面的迎头段和支护段布设数据监测点；其中，所述迎头段为巷道掘进过程的爆破区，所述支护段为巷道掘进过程的锚固支护区；
步骤S102、获取不同炸药量的爆破漏斗半径以及锚固支护区围岩破坏范围，并根据所述爆破漏斗半径和所述锚固支护区围岩破坏范围得到爆破围岩破坏范围影响率；
步骤S103、获取爆破时爆破区岩体波速和锚固支护区岩体波速，并根据所述爆破时爆破区岩体波速和所述锚固支护区岩体波速得到爆破岩体波速影响率；
步骤S104、获取锚固支护区围岩爆破前和爆破后应力峰值强度以及对应的应力峰值位移值，并根据锚固支护区围岩爆破前后的应力峰值位移值得到锚固支护区应力峰值位移转移率；
步骤S105、测量爆破区与锚固支护区的距离，获取锚固支护区支护断面位移，并根据所述爆破区与锚固支护区的距离和所述锚固支护区支护断面位移得到爆破距离影响支护断面位移变化率；
步骤S106、获取锚固支护区中支护构件工作荷载平均值，结合锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度，并根据所述工作荷载值和所述锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度计算得到爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率；
步骤S107、对所述爆破围岩破坏范围影响率、所述爆破岩体波速影响率、所述锚固支护区应力峰值位移转移率、所述爆破距离影响支护断面位移变化率、所述爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率进行权重划分后计算综合评价指标，以对爆破对锚固支护影响进行定量化分析。
2.根据权利要求1所述的爆破对锚固支护影响评价方法，其特征在于，在步骤S101中，数据监测点均布在所述锚固支护区围岩内部，和/或，数据监测点设置在迎头段的不同位置上。
3.根据权利要求1所述的爆破对锚固支护影响评价方法，其特征在于，在步骤S102中，
根据爆破要求，在所述迎头段的不同位置埋设不同炸药量，并利用抛掷漏斗法获取不同位置的爆破漏斗半径Ri；
在所述数据监测点布设钻孔探测仪，待锚固支护区围岩稳定后获取不同爆破漏斗半径Ri对应的锚固支护区围岩破坏范围Pi，进而根据计算得到爆破围岩破坏范围影响率K1；其中，Ri、Pi分别表示第i位置处的爆破漏斗半径、锚固支护区围岩破坏范围，i为正整数。
4.根据权利要求1所述的爆破对锚固支护影响评价方法，其特征在于，在步骤S103中，利用声波测试仪分别获取爆破时爆破区岩体波速λa和锚固支护区岩体波速λb，进而根据计算得到爆破岩体波速影响率K2。
5.根据权利要求1所述的爆破对锚固支护影响评价方法，其特征在于，在步骤S104中，
利用刻度尺记录爆破前应力峰值位移值S1和爆破后应力峰值位移S2；
根据公式：计算得到锚固支护区应力峰值位移转移率K3。
6.根据权利要求1所述的爆破对锚固支护影响评价方法，其特征在于，步骤S105中，
利用卷尺测得所述爆破区与锚固支护区的距离L1；
利用红外测距仪获取锚固支护区断面围岩各个关键部位在爆破前和爆破后的位移测量，并求得各个关键部位在爆破前和爆破后的位移测量的平均值，作为锚固支护区支护断面位移L2；
根据公式：计算得到爆破距离影响支护断面位移变化率K4。
7.根据权利要求1所述的爆破对锚固支护影响评价方法，其特征在于，步骤S106中，
以各个支护构件所在位置作为数据监测点，在各个数据监测点布设压力计；
利用压力计测量锚固支护区爆破前各个支护构件的工作荷载并计算平均值，得到锚固支护区中支护构件工作荷载平均值σc；
在锚固支护区围岩内部均匀布设钻孔；
利用钻孔应力计测量锚固支护区围岩爆破前和爆破后各个数据监测点的应力强度，从而确定锚固支护区围岩爆破后的应力峰值强度σmax；
根据公式：计算得到爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率K5。
8.根据权利要求1所述的爆破对锚固支护影响评价方法，其特征在于，步骤S107中，
对所述爆破围岩破坏范围影响率、所述爆破岩体波速影响率、所述锚固支护区应力峰值位移转移率、所述爆破距离影响支护断面位移变化率、所述爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率进行权重划分，得到评价指标的权重βj；
根据公式：K＝∑βjKj，
计算综合评价指标K；
其中，Kj为第j个评价指标，βj为第j个评价指标的权重；所述评价指标为所述爆破围岩破坏范围影响率、所述爆破岩体波速影响率、所述锚固支护区应力峰值位移转移率、所述爆破距离影响支护断面位移变化率、所述爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率中的任一个；j＝1,2,3,4,5。
9.根据权利要求8所述的爆破对锚固支护影响评价方法，其特征在于，步骤S107还包括：
确定锚固支护影响评价阈值K0；
响应于综合评价指标K小于锚固支护影响评价阈值K0，重新设计爆破条件下锚固支护区断面锚固参数。
10.一种爆破对锚固支护影响评价系统，其特征在于，包括：
布设单元，配置为在巷道掘进过程中的多个典型断面的迎头段和支护段布设数据监测点；其中，所述迎头段为巷道掘进过程的爆破区，所述支护段为巷道掘进过程的锚固支护区；
第一计算单元，配置为获取不同炸药量的爆破漏斗半径以及锚固支护区围岩破坏范围，并根据所述爆破漏斗半径和所述锚固支护区围岩破坏范围得到爆破围岩破坏范围影响率；
第二计算单元，配置为获取爆破时爆破区岩体波速和锚固支护区岩体波速，并根据所述爆破时爆破区岩体波速和所述锚固支护区岩体波速得到爆破岩体波速影响率；
第三计算单元，配置为获取锚固支护区围岩爆破前和爆破后应力峰值强度以及对应的应力峰值位移值，并根据锚固支护区围岩爆破前后的应力峰值位移值得到锚固支护区应力峰值位移转移率；
第四计算单元，配置为测量爆破区与锚固支护区的距离，获取锚固支护区支护断面位移，并根据所述爆破区与锚固支护区的距离和所述锚固支护区支护断面位移得到爆破距离影响支护断面位移变化率；
第五计算单元，配置为获取锚固支护区中支护构件工作荷载平均值，结合锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度，并根据所述工作荷载值和所述锚固支护区爆破后围岩应力峰值强度计算得到爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率；
综合评价单元，配置为对所述爆破围岩破坏范围影响率、所述爆破岩体波速影响率、所述锚固支护区应力峰值位移转移率、所述爆破距离影响支护断面位移变化率、所述爆破条件下锚固支护区围岩强度稳定率进行权重划分后计算综合评价指标，以对爆破对锚固支护影响进行定量化分析。
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