(19)中华 人民共和国 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 202111494164.0 (22)申请日 2021.12.08 (71)申请人 成都苏杜地质工程咨询有限公司 地址 610000 四川省成 都市新都区新都街 道新都大道8号西南石油大学科技园 大厦5楼5 07A 申请人 西南石油大 学 (72)发明人 苏培东　邱鹏　安兴玲　李有贵　 何小培　袁鸿　 (74)专利代理 机构 成都精点专利代理事务所 (普通合伙) 51338 代理人 周建 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06Q 10/06(2012.01)G06Q 50/02(2012.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于能量法的非煤地层隧道岩石突出安全 厚度处理方法 (57)摘要 本发明涉及隧道工程技术领域， 尤其涉及基 于能量法的非煤地层隧道岩石突出安全厚度处 理方法， 该系统包括S1、 对掘进的隧道进行基本 假设限定； S2、 根据能量守恒原理建立气体压力 与岩体最小防突厚度的关系式； S3、 根据能量法 计算实际案例中的突出前气体压力大小； S4、 通 过FLAC3D软件验证计算结果的正确性。 本发明解 决了现有技术中无法有效实现对非煤地层的气 体与岩石突出进行计算的问题。 权利要求书2页 说明书9页 CN 114154439 A 2022.03.08 CN 114154439 A 1.基于能量法的非煤地层隧道岩石突出安全厚度处理方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： S1、 对掘进的隧道进行基本假设限定； S2、 根据能量守恒原理建立气体压力与岩体最小防突厚度的关系式； S3、 根据能量法计算实际案例中的突出 前气体压力大小； S4、 通过FLAC3D软件验证计算结果的正确性。 2.根据权利要求1所述的基于能量法的非煤地层隧道岩石突出安全厚度处理方法， 其 特征在于， 所述S1中的基本假设包括以下内容： S101、 假设隧道掘进断面 为圆形； S102、 假设突出的主 要能量来自于气体膨胀能和突出岩体的弹性潜能； S103、 假设岩体的破坏符合莫尔 –库仑准则； S104、 假设岩体符合弹性力学相关假设； S105、 假设突出 是将突出终止线前 方岩体全部推出。 3.根据权利要求1所述的基于能量法的非煤地层隧道岩石突出安全厚度处理方法， 其 特征在于， 所述S2主 要考虑新表面 生成所需的表面能和抛掷岩体所需的动能,具体包括： S201、 根据能量守恒原理， 得计算表达式(1)； E2+W＝E1+Ai   (1) 其中， E2为气体膨胀做功， W为突出岩体弹性潜能、 E1为新表面生成所需的表面能、 Ai(i ＝1， 2)为抛掷岩体所需的动能 突出过程中气体与岩体的质量守恒表达式(2)为： M＝ρ1V1＝ρ2V2   (2)； 其中， M为突出岩体的质量。 ρ1为岩体抛出前的平均密度， V1为岩体抛出前的体积， ρ2为 岩体抛出后的平均密度， V2为岩体抛 出的后的堆积体积。 4.根据权利要求3所述的基于能量法的非煤地层隧道岩石突出安全厚度处理方法， 其 特征在于， 所述S2还 包括： S202、 新表面生成所需的表面能E1为岩体破碎成一定块度必须消耗一定的能量， 假 设岩 体破碎后的颗粒为圆球形， 则新表面 生成所需的表面能表达式(3)为： E1＝eV1＝6W∑(γi1/di)V1   (3) 其中， e为破碎比功， i表示破碎比， V1为突出前岩体体积， γi为含量百分数， di为颗粒粒 度， W表示建立单位 新表面积所花费的包括损失的能量。 5.根据权利要求4所述的基于能量法的非煤地层隧道岩石突出安全厚度处理方法， 其 特征在于， 所述S2还 包括： S203、 新表面生成所需的表面能为岩体破碎成一定块度必须消耗一定的能量， 致密岩 石不用考虑气体解吸对膨胀能的影响， 高压气体膨胀做 功的表达式(4)为： E2＝w＝P2V2/(n‑1)[((p1/p2)n‑1/n)‑1]   (4) 其中， P1为岩层高压气体压力， V1为岩层高压气体体积， P2为突出产生后采掘工作面的 高压气体压力， V2为突出产生后采掘工作面的高压气体 体积， n为过程指数。 6.根据权利要求5所述的基于能量法的非煤地层隧道岩石突出安全厚度处理方法， 其 特征在于， 所述S2还 包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114154439 A 2S204、 突出主 要的能量 来源为突出岩体中的弹性应 变能， 岩体内的岩体在一定区域内能量的表达式(5)为 W＝ ∫VsUedV   (5) 其中， Vs为 突出岩体在突出 前的体积， E为 突出前岩体的弹性模量。 7.根据权利要求1 ‑6中任一所述的基于能量法的非煤地层隧道岩石突出安全厚度处理 方法， 其特 征在于， 所述S2还 包括： S205、 不考虑施工对工作面前 方岩体扰动造成的影响， 岩体厚度的表达式(6)为 L＝{6W∑(γi1/di)V1‑P2V2/(n‑1)[((p1/p2)n‑1/n)‑1]}/(s×Ue)    (6) 其中， s为 突出部分岩体断面 面积。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114154439 A 3