一种用于碎胀围岩的薄喷材料及实施效果的多尺度评判优化方法

本发明属于煤矿围岩喷涂封闭，具体涉及一种用于碎胀围岩的薄喷材料及实施效果的多尺度评判优化方法。

背景技术：

1、近年来中国社会经济高速发展，其中煤炭的贡献值巨大。

2、由于深部巷道处于高地应力环境，同时在掘采应力的叠加扰动下围岩极易产生碎胀变形。开掘的巷道由于长期暴露于通风环境中极易产生风化剥落导致强度大打折扣。此外，富水岩层条件下碎胀裂隙形成地下水渗流通道，软化岩体并大幅降低围岩强度，常造成顶板冒落、侧帮内挤和强烈底臌变形等灾害，严重阻碍煤矿井下的安全生产作业。因此，亟需采取主动支护措施封闭围岩，同时在顶板及侧帮来压时与围岩协调变形优化围岩应力状态，保障深部煤炭资源安全高效开采。

3、当前煤矿井下多使用厚喷混凝土进行碎胀围岩表层的喷涂封闭，通过在围岩表面形成连续壳体结构将破碎岩体整合为整体承载体。由于其施工步骤便捷、原料成本低廉及终凝强度较高而被广泛应用于我国大部分矿井中。然而，传统厚喷混凝土凝固后呈刚性脆性结构，延展性极低。当巷道受地压或采动应力影响时，喷层无法通过塑性变形吸收能量，喷层与围岩粘结面易因应力集中剥离，一旦围岩发生碎胀变形，厚喷层因缺乏柔性缓冲，会加速整体失稳，从而在毫无征兆下突然崩裂、脱落、引发连锁性冒顶事故，导致支架损毁和人员伤亡。此外，传统干喷工艺需现场混合水泥、骨料，喷射时高压气流裹挟大量颗粒物，厚喷混凝土回弹率高达25%-40%，喷层越厚，回弹量越大，作业面粉尘浓度超标10倍以上，这些含速凝剂的废料在巷道堆积，不仅增加清理成本，还会持续释放碱性粉尘，恶化井下通风环境，作业过程中的可吸入粉尘仍难以控制，长期作业易引发矽肺病。同时，喷层微裂缝易渗入地下水，导致围岩软化。混凝土自身在干湿循环下产生龟裂，失去封闭作用，围岩暴露后进一步风化剥落。实测表明，在富水巷道中混凝土喷层有效寿命不足设计值的50%。煤矿酸性地下水及硫化氢气体可溶解水泥石中的钙质成分，形成石膏等膨胀性产物。厚喷层内部孔隙率高，腐蚀介质深入后引发锚杆（索）锈蚀、混凝土粉化，最终导致支护功能丧失。

4、传统厚喷混凝土极易失效的原因可系统归结为：其脆性结构在巷道来压时无预兆突发断裂，导致支护功能瞬时丧失；干喷工艺产生的高浓度粉尘恶化作业环境，且回弹料堆积加剧污染；同时，材料微裂缝渗水加速风化，加之耐酸碱腐蚀性薄弱，在酸性地下水及硫化氢侵蚀下迅速粉化失效。这三重缺陷通过协同作用，显著缩短了支护体系的有效生命周期。为克服以上厚喷混凝土材料的缺陷，目前部分矿井正尝试采用改性水泥基材料进行薄喷作业，薄喷材料相比传统混凝土在煤矿井下围岩封闭中展现出显著优势，通过有机组分改性后的薄喷材料拉伸率可达150%-200%，远高于混凝土的5%以下，与煤岩类材料的亲和性较无机材料大幅提升。在巷道来压时，喷层紧密粘接围岩并通过柔性变形吸收能量，仅产生网状微裂而非脆性崩落，显著降低突发冒顶风险。通过添加活性填实料、防腐剂等功能助剂可形成致密胶凝物质，有效阻隔地下水及酸性介质渗透。实测表明，在富水或酸性环境中，薄喷层寿命可达8-10年，较混凝土的2-3年提升60%以上。此外，通过采用湿喷工艺，粉尘浓度降至20mg/m3以下（较干喷混凝土降低90%），回弹率＜10%，大幅改善作业环境并减少矽肺病风险。喷层厚度仅5-8mm（厚喷混凝土50-150mm），材料用量减少至1/20-1/25。单班2人可喷涂10-15米，施工效率较混凝土提升3倍。虽单价比混凝土高，但用量减少、人工及运输成本降低，综合成本可节约30%以上。例如中国专利cn112062523b公开了一种用于煤矿巷道加固美化支护封闭的薄喷材料及其制备与使用方法，通过引入部分可再分散胶粉与无机水泥基复合进行改性意图提升材料整体韧性和协调变形的能力，但其主要组分仍为水泥材料，存在工艺复杂、成本高、与围岩变形协调适应性不足、施工精度要求严苛等缺陷，在实际矿井环境的老化风险及薄喷层抗形变能力仍需现场实际验证。

5、为完善现有煤矿薄喷材料支护封闭体系，解决现有薄喷材料韧性差、易脱落、凝固难等缺陷，亟需一种新型薄喷封闭材料及时固化后紧密粘接封闭碎胀围岩并具备一定的韧性与围岩协调变形，适应围岩自主应力调控。同时，薄喷作业后实施效果缺乏高精度实时监测手段与动态可视化呈现方法，现有技术仅能通过压力曲线等间接数据进行经验性推断，导致量化指标可信度受限。尚未建立针对薄喷支护效果的评价体系，现有标准多套用常规压力指标评估模型，忽视薄喷技术特有的裂缝网络复杂性特征，无法精准评判喷层开裂失稳的动态过程，造成评价结果与真实改造效果脱节。因此，针对薄喷作业后实施效果需要配套相关评判方法用于定量分析及动态可视化呈现封闭支护效果，并给出材料配比的改进优化方法。

技术实现思路

1、本发明的目的之一是提供一种用于碎胀围岩封闭的薄喷材料，其具备较强的粘结性、良好的挂壁效果、可控的凝固时间、良好的封闭效果和耐腐蚀性及与围岩协调变形的能力，以实现对碎胀围岩的有效封闭加固。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种用于碎胀围岩封闭的薄喷材料，按质量百分比计，所述薄喷材料包括：50%-60%复合水泥粉体、20%-25%有机胶粉、18%-22%煤基固废粉体、3%-8%细粒砂石、0.5%-1.5%纳米纤维素晶体，以及总计占所述薄喷材料粉体质量6.0%以内的外加剂，所述外加剂包括0.5%-1.0%的碳纳米管、0.5%-0.8%的减水剂、0.5%-1.0%的膨胀剂、0.3%-0.6%的早强剂、0.5%-0.8%的增稠剂、0.8%-1.0%的界面耦联剂、1.0%-1.2%的成膜助剂，所述外加剂占比应低于薄喷材料纯粉体总质量的6.0%。其中每部分外加剂的掺量不固定，应根据具体围岩地质条件进行灵活配置。此外，拌合的水灰比在0.8：1-1.5：1之间动态调整以满足不同工况下使用。

4、优选的，所述复合水泥粉体为硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥按照质量比1.5：1复配制成。可匹配井下快速封闭支护需求，保障快速水化且组分间无膨胀冲突。

5、优选的，所述有机胶粉为可再分散乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶粉，最低成膜温度≤5℃，其耐碱性在饱和ca(oh)2浸泡28d膜完整率100%。

6、优选的，所述煤基固废粉体由煤矿井下开采废弃的煤矸石固体废弃物及发电厂煅烧后捕捉的粉煤灰获取。经高温煅烧及研磨粉磨活化后的煤矸石粉体和脱炭处理的粉煤灰粉体按照质量比1：1复配制成的混合粉末。煤矸石粉体粉磨活化后其比表面积≥480±20m2/kg、活性指数7d≥75%，28d≥95%、45μm筛余量≤5%、d50中位径为18±1μm、d90粒径≤38μm。粉煤灰粉体比表面积≥350 m2/kg、活性指数28d≥75%、so3含量≤1.8%、玻璃微珠含量≥70%、45μm筛余量≤12%、d50中位径为12-15μm、d90粒径≤45μm。

7、优选的，所述细粒砂石应研磨为粒径＜0.15mm的细砂颗粒、含泥量≤1.0%、含水率≤0.5%。所述纳米纤维素晶体的直径＜15nm、长径比＞40。

8、优选的，所述外加剂中碳纳米管为多壁碳纳米管，其纯度≥98%、羧基含量1.8%-2.5%、氧含量≤1.5%、长度10-30μm。

9、优选的，所述减水剂为聚羧酸醚高效减水剂与改性木质素磺酸盐按照质量比3：1复配制成的混合粉末，并按照两者粉体质量的0.3%~0.5%加入pvp分散剂粉体。

10、优选的，所述膨胀剂选用钙矾石型膨胀剂。

11、优选的，所述早强剂选用碳酸锂与葡萄糖酸钠缓凝剂按照质量比25：1复配后制成的混合粉体，其纯度均＞98%、d50筛分后粒径分布5-8μm。所述增稠剂选用羟丙基甲基纤维素粉体与预糊化淀粉按照质量比10：1复配制成的混合粉末，加水溶解时间＜30s。

12、优选的，所述界面耦联剂为硅烷界面偶联剂，其硅烷类型为kh-792双氨基型、纯度≥98%。

13、优选的，所述成膜助剂为十二碳醇酯与丙二醇苯醚按照质量比3：1复配制成的混合液体，其水解稳定性＜5%。

14、优选地，所述薄喷材料的水灰比为1.2：1-1.5：1。

15、本发明的目的之二是提供上述用于碎胀围岩封闭的薄喷材料的配置工艺与使用方法，其制备工艺简单、便于煤矿井下现场施工应用。

16、现场配置及使用方法如下：

17、（1）无机粉体预混：根据设定的配比，首先将复合水泥粉体、煤基固废粉体、细粒砂石和纳米纤维素晶体投入强制式搅拌机，开启搅拌机以100-150 rpm低速搅拌5min避免粉尘飞扬和材料分离。随后依次加入干粉状外加剂：多壁碳纳米管、聚羧酸醚高效减水剂混合粉末、钙矾石类膨胀剂、碳酸锂早强剂、羟丙基甲基纤维素粉体增稠剂，转速提高至200 rpm搅拌5min使粉体充分均匀分散后得到干燥、均匀的基础粉体混合物，确保其无明显结块，颜色一致（灰黑色为主）利于后续水化反应和粘结性提升；

18、（2）制作无机基浆：向步骤（1）的混合粉体中缓慢加入总用水量的60%-70%，于200-300rpm速度搅拌5-10分钟形成无机基浆。在加水过程中需缓慢均匀倒入硅烷界面耦联剂，避免局部浓度过高。搅拌机调整至200-250 rpm中速搅拌3-4分钟，以促进水和粉体的均匀结合。此步骤制得均匀的湿浆体，具有一定流动性（粘度适中），无离析或沉淀。此时浆体已具备初步封闭效果，但粘结性待增强；

19、（3）有机胶粉增韧：将剩余30%-40%用水量加入后，投入有机胶粉材料。添加时分批少量均匀倒入，防止结块。搅拌机转速调整至400-450rpm高速搅拌10min快速分散胶粉并激活其粘结性能，直至浆体呈现均匀粘稠状。随后再均匀洒入成膜助剂以400-450rpm继续高速搅拌10min。此步骤制得一种高粘结性、流动性好可泵送的复合浆体；

20、（4）煤矿井下喷涂：移除巷道内松散岩块、积水、油污及金属碎片，使用高压水枪（压力≥5mpa）冲洗围岩表面及地面残留煤尘，确保作业面无浮尘堆积。开启巷道通风系统（风速≥0.5m/s），检测瓦斯浓度（≤0.5%）及氧气含量（≥20%），设置作业警示围栏，标记危险区域并进行隔离。

21、浆体泵入转子式湿喷机料斗后，以低速搅拌（100-150 rpm）保持均匀性并防止沉淀，直至喷射。湿喷机泵送步骤（3）制得的浆体至喷嘴与压缩空气混合（喷涂压力0.5-0.8mpa），空气流量控制在8-10m3/min。

22、喷嘴距离围岩表面0.8-1.2 m，将围岩表面按宽度划分为若干条带（条带宽≤1.5m），每条带内执行独立z型路径从条带底部左侧起点水平向右喷射至右侧端点，垂直上移50cm的过程中，同步水平向左喷射至左侧端点，循环至顶部形成连续“z”字型折线，确保后一轨迹要覆盖前一轨迹宽度的50%、无漏喷区域。

23、喷涂作业时操作员应双脚分立，腰部为轴心以15°/s匀速转动，喷嘴应始终垂直岩面。以0.3-0.5m/s水平低速移动保障喷涂厚度（3-5mm），以0.8-1.0m/s垂直段移动减少喷涂后流挂。喷射后在围岩表面形成致密、弹性薄膜，与围岩紧密结合后可起到封闭裂隙并抵抗碎胀变形。喷涂结束应当立刻用清水冲洗管路及喷涂设备以防堵塞。

24、优选的，大型工程井下作业宜选用强制式搅拌机，其采用液压无级变速，支持干湿阶段分段转速控制。同时选用转子式湿喷机进行喷涂，其具备双活塞泵送且管路耐腐蚀。

25、应当说明的是，针对井下围岩地质条件的非均质性特征，正式规模化喷涂前开展预喷试验，结合实时计算的各监测参数注意力权重动态校核、调整材料配比与施工工艺，是保障薄喷支护体系精准适配差异化工况、从源头规避失效风险的关键前置举措。

26、本发明的目的之三是提供一种井下薄喷材料预喷试验实施效果的多尺度评判方法及对应的薄喷材料配比。通过现场监测得出喷涂后其挂壁下垂度、与围岩间粘结力、凝固速度、封闭效果、协调变形能力中的核心评价指标，以解决喷涂实施效果“表征难”的问题；鉴于现场监测仅能获取喷层表面的终态结果，难以透视内部微裂纹萌生、力链断裂及界面脱粘的瞬态演化机理，本发明进一步耦合flac3d-pfc3d跨尺度数值模拟，构建“宏观应力场—微观颗粒运动”的映射关系，动态还原喷层由表及里、从局部损伤到宏观失稳的全生命周期过程。

27、为实现上述目的，本发明通过实时采集六类参数，结合注意力权重指标预警实现喷层健康状态的连续跟踪及材料配比的动态调整。

28、具体实施技术方案如下：

29、s1、根据围岩地质特征，获取现场工况，现场工况落入9种典型工况之中；

30、s2、根据现场工况，选取现场工况对应的预设的薄喷材料，即上述典型工况对应的薄喷材料，对围岩进行初步喷涂试验；

31、s3、采集喷涂后喷层的各参数：待喷层初凝后同步采集下垂量、粘结强度、凝固时间、渗透系数、气体泄漏率、协调变形系数六类监测参数；具体步骤如下：

32、（1）现场布置激光测距仪结合标尺进行测量喷涂后下垂度。喷涂后立即在垂直岩面选取3-5个测试点（间距1m），测量喷涂层底部与预设水平基准线的下垂距离。测试在喷涂后1-2分钟内完成，以捕捉材料初始流变行为。下垂度应≤5mm为合格；

33、（2）使用便携式粘结力测试仪进行现场拉拔试验。喷涂固化24小时后，在喷层安装拉拔头（直径50mm），以恒定速率（0.5mpa/s）施加拉力至破坏，记录峰值力（mpa）。测试点覆盖不同岩性区域（如砂岩、泥岩、煤岩），每10m2至少3个测点，粘结强度以粘结砂岩/泥岩≥0.8mpa、粘结煤岩≥0.7mpa为合格；

34、（3）使用vicat针入度仪配合红外温度记录仪测试凝固时间。喷涂结束后，在喷层表面插入标准针（直径1mm），每30秒测量一次针入深度至初凝（针入＜1.5mm）和终凝（针入＜0.5mm）。同时记录初凝时间、终凝时间和环境温湿度，测试重复3次取均值。初凝时间≥10min及终凝时间≤20min为合格；

35、（4）水压渗透试验和气体密封测试。喷涂固化24小时后，在喷层区域安装密封腔（直径100mm），施加0.3mpa水压，维持30分钟，测量喷涂后水压渗流量（cm/s）。同时在薄喷层与围岩界面间预埋微型气室并充入氦气，24h后通过预留取气孔抽取气样并采用便携式本质安全型氦气分析仪分析氦气浓度衰减，计算密封效率。为确保喷涂后有效封堵瓦斯等有害气体及耐腐蚀和防水压，渗透系数≤1×10-6cm/s、密封效率≥95%（氦气泄露率＜5%）为合格；

36、（5）实施加载试验配合位移传感器评价协调变形能力。喷涂后，在喷层表面沿加载板对角线均匀粘贴3个光纤光栅位移传感器，同时在对应位置围岩钻设深5cm的钻孔，埋入同类型传感器避开喷层干扰。循环荷载采用梯形波，加载频率0.5hz，以0.1mpa/s速率分级加载，每级持荷30s，同步采集喷层与围岩的应变数据，二者比值即为协调变形系数（%），协调系数≥100%表示喷层能完全协调变形。综合考虑喷层脱粘失效及与围岩变形之间协调失配的风险，薄喷材料的协调变形系数≥90%为合格；

37、s4、数据融合消偏与注意力权重分配。采用动态时间规整（dtw）算法对齐多源数据时间戳，消除因采集响应延迟导致的相位偏差。采用注意力机制权重分配模型，消除单一参数异常可能引发的误判。根据参数不同取值下的样本分布，基于熵权法计算该参数承载的不确定信息量得到信息熵ei，其取值越高，说明参数采样数据的分布越分散（离散度越大），性能稳定性越差；将信息熵ei经指数归一化后得到注意力权重wi，其本质是该参数在当前工况失效判定中的贡献度权重，用于指导后续材料配比调控的优先级。权重越高表明该参数离散度越大、不确定性越强，对应组分调整幅度越大。

38、信息熵ei的计算依赖于比重pij，其标准数学定义如下：

39、

40、式中xij是第i个参数在第j个样本的原始监测值，n是样本总数。

41、计算第i个参数的信息熵ei：

42、

43、式中ln为自然对数，当数据完全相同时（不确定性最小），ei趋近于0；当数据分布均匀时（不确定性最大），ei趋近于1。

44、

45、参数的信息熵ei越高，表明本参数携带的区分/预测信息量越多，该参数分配得更大的注意力权重wi（数据越离散则熵值越大、蕴含的失效判别信息越丰富）。共纳入下垂量、粘结强度、凝固时间、渗透系数、气体泄漏率、协调变形系数六个监测参数6个监测参数做权重分配，用指数归一化把所有参数的权重整理到wi∈(0,1)，且所有权重之和∑wi=1。通过贝叶斯网络融合历史事故数据与实时监测的权重分布，动态修正各参数在失效判定中的贡献度，计算出当前围岩条件下喷涂实施后各监测参数的权重值。

46、喷涂实施效果三维动态展示。利用pfc3d-flac3d耦合模型动态推演喷涂施工、喷层与围岩粘接、固化后巷道岩层来压协调变形、喷层开裂失效动态过程。主要有如下步骤：

47、（1）远场区域采用flac3d建立有限元岩层及巷道开挖区域。选用pfc3d6.0及以上版本，在tools选项选择配置flac3d模块。远场采用flac3d中zone单元模拟岩层这一连续介质，采用六面体网格划分。采用zone face skin进行面分组，自动将模型六个面划分为“east、west、top、bottom、north、south”。岩层本构模型选用mohr-coulumb模型，根据矿井地质探测资料设置岩层密度、弹性模量、内聚力、内摩擦角、摩擦系数参数。不同岩层接触面处设置interface接触面避免力传递失真导致网格失效报错。重力加速度gravity取值9.8、计算获取上覆岩层压力=上覆岩层容重×重力加速度×岩层垂直深度。将计算所得的上覆岩层压力施加在zone区域的“top”面上，同时地应力侧压系数根据具体情况取1.2-1.5之间数值，侧向应力按照梯度分布在模型侧向。同时采用velocity fix命令限制模型位移边界条件。开启模型静态平衡计算至局部不平衡力比率至1e-3平衡态；通过relax excavate命令分步解除开挖区域应力，模拟开挖后应力重分布的动态过程。再次开启模型静态平衡计算至局部不平衡力比率至1e-3平衡态；

48、建立flac3d远场域和pfc3d近场域数据交互墙体。flac3d远场区域巷道开挖后，通过wall-zone指令在zone区域和ball区域接触面建立联系，将flac3d计算所得的应力、位移、加速度数据交替映射至近场pfc3d离散颗粒区域；

49、（2）测试薄喷材料基本物理力学参数。开展薄喷材料下垂度（测得流挂距离、临界屈服应力用于标定浆体初始粘度、阻尼系数）、拉伸强度（测得抗拉强度、断裂伸长率、弹性模量用于标定平行粘结模型的pb_ten、pb_emod）、剪切强度（测得内聚力、内摩擦角、剪切模量用于标定平行粘结模型的pb_coh、pb_fa、kratio）、粘结岩样强度（测得界面粘结强度用于标定flat-joint模型的tensile_strength、cohesion、friction）、流变粘度（测得剪切粘度用于标定流体本构参数）、承载强度（测得峰值承载力和残余承载力用于标定颗粒接触刚度kn、ks）及围岩取芯后的纳米压痕测试（测得纳米硬度、压痕模量、蠕变柔量用于标定微观接触刚度，修正水化产物（c-s-h、aft）的本构参数，反映有机-无机杂化结构的微观力学响应），为薄喷材料内部颗粒间接触模型及薄喷材料与粗糙围岩间的接触模型选用提供准确参数。

50、（3）近场区域采用pfc3d建立离散元颗粒喷涂区域。将喷射的浆液简化为离散颗粒流，在距离巷道围岩表面1.2m的距离创建颗粒生成区域（颗粒生成区域的宽度定为generate_space），颗粒生成后在喷射之前统一分组为ball_generate。设定浆液喷射的角度（定义为时间mech.time.total的函数），喷嘴高度为围岩高度减去喷射时间和box_size的乘积。喷射出的浆液颗粒赋予x方向喷射速度（定义为喷射角度的函数）和y方向喷射速度（定义为喷射角度的函数）及喷头在z方向移动轨迹（定义为时间的函数），并对颗粒赋予初始密度和阻尼。具体实现代码如下：

51、[generate_space=0.5]；颗粒生成区域尺寸

52、def spray_slurry；fish函数定义喷涂点

53、loop foreach bp ball.groupmap("pentu")

54、if ball.pos.x(bp)-ball.radius(bp)<1.2 then

55、spray_slurry=false

56、exit

57、endif

58、endloop

59、spray_slurry=true

60、end

61、def reciprocating_spraying ；fish函数实现循环往复喷涂

62、whilestepping

63、if spray_slurry then

64、        jiaodu=math.pi*0.18*math.sin(2*math.pi*0.5*mech.time.total)

65、z_pos=8-box_size*mech.time.total

66、command

67、ball group "ball_generate"

68、ball generate group "pentu" number 100 radius 0.02 0.05 box [1.2-box_size] ...

69、1.2 [-box_size*0.5] [box_size*0.5] @z_pos [z_pos+box_size]

70、ball attribute vel-x [50*math.cos(jiaodu)] vel-y [50*math.sin(jiaodu)] range ...

71、group "pentu"

72、ball attribute density 5e3 damp 0.03 range group "pentu"

73、endcommand

74、endif

75、end

76、本发明中所创造的薄喷材料含水泥水化凝胶产物、有机胶粉、纳米纤维素、碳纳米管组分，需同时模拟粘结强度、拉伸韧性与破碎行为，因此薄喷材料内部（ball-ball）选用parallel bond model模型，由上述试验所得数据标定颗粒间接触参数。考虑薄喷材料固化后强度提升，编写fish函数实现涂层强度随时间增长。

77、def strength_evolution；fish函数实现强度随时间更新

78、    loop while time

79、        local t_factor=1-exp(-0.1*mech.time.total) ；时间因子

80、        loop foreach contact cmat cid

81、            contact.prop(cid, 'pb_coh')=pb_coh*t_factor

82、            contact.prop(cid, 'pb_ten')=pb_ten*t_factor

83、        endloop

84、    endloop

85、考虑粗糙围岩与喷层颗粒之间的滑动摩擦，薄喷材料与岩石接触面之间（ball-fact）选用pfc3d中内置的flat-joint模型，可通过多边形接触面模拟围岩表面峰谷结构与薄喷材料之间的机械咬合行为。由上述试验测得的围岩表面粗糙参数、薄喷材料与围岩之间的粘结力标定颗粒间接触参数。

86、（4）编写fish函数在flac3d模型边界施加循环动压荷载模拟动压扰动作用下喷层开裂、与围岩脱粘失效的过程。采用梯形波模拟岩层周期来压（升压-稳压-降压阶段），避免矩形波导致的数值震荡。

87、fish define apply_cyclic_load；定义循环动压荷载函数

88、参数设置（需根据工况调整）：

89、    local period=10.0；荷载周期（秒）

90、    local peak_pressure=5e6；峰值压力（pa）

91、    local ramp_ratio=0.3；梯形波升压/降压时长占比

92、计算当前时刻荷载值（梯形波）：

93、    local t_cycle=math.mod(global.time, period)

94、    local t_ramp=period*ramp_ratio

95、    local pressure=0.0

96、    if t_cycle<=t_ramp

97、        pressure=peak_pressure*(t_cycle / t_ramp)；升压段

98、    else if t_cycle<=period-t_ramp

99、        pressure=peak_pressure；稳压段

100、    else

101、        pressure=peak_pressure*(1.0-(t_cycle-(period-t_ramp))/t_ramp)；降压段

102、    command

103、    zone face apply stress-normal [pressure] range group ‘top’

104、endif

105、    endcommand

106、end

107、模型参数校正并求解至收敛平衡。根据现场实测情况中喷层开裂演化规律与耦合计算动态演化过程进行对比，不断调整接触模型参数进行校正，计算至局部不平衡力比率至1e-3的平衡态。

108、（5）耦合计算结果后处理可视化展示。通过编写fish函数直观展示动压扰动作用下围岩耗散能演化规律、拉伸裂纹与剪切裂纹分组展示，以便清晰展示力链破断与裂纹动态演化过程，并评判喷涂实施效果。

109、fish def energy_now；围岩耗散能提取

110、whilestepping

111、    loop foreach local z_p zone.list

112、        if zone.model(z_p)#'null'

113、            stress_two=zone.stress.int(z_p)

114、            stress_one=zone.stress.min(z_p)

115、stress_three=zone.stress.max(z_p)  zone.extra(z_p,2)=math.abs(zone.vol(z_p)*1/(2*zone.prop(z_p,'young'))*(stress_one^2+stress_two^2+stress_three^2-2*zone.prop(z_p,'poisson')*(stress_one*stress_two+stress_one*stress_three+stress_two*stress_three))-zone.extra(z_p,1))

116、            zone.extra(z_p,3) = math.abs(zone.work.elastic.total(z_p))

117、            zone.extra(z_p,4)=math.abs(zone.work.plastic.total(z_p));zone.extra(z_p,5)=math.abs(zone.work.elastic.total(z_p))+math.abs(zone.work.plastic.total(z_p))

118、        endif

119、    endloop

120、end

121、import itasca as it；调用python库分别提取拉伸裂纹和剪切裂纹

122、import numpy as np

123、it.command("python-reset-state false")

124、def export_crack_info():

125、    cracks = it.dfn.fracture.list()

126、    data_tensor = []

127、    data_shear = []

128、    n = 0

129、    m = 0

130、    for crack in cracks:

131、        if it.dfn.name(it.dfn.fracture.fracture.dfn(crack)) == 'crack_shear_tension':

132、            pos_x = it.dfn.fracture.fracture.pos_x(crack)

133、            pos_y = it.dfn.fracture.fracture.pos_y(crack)

134、            pos_z = it.dfn.fracture.fracture.pos_z(crack)

135、            data_tensor.append([n,pos_x,pos_y,pos_z])

136、            n += 1

137、        else:

138、            pos_x = it.dfn.fracture.fracture.pos_x(crack)

139、            pos_y = it.dfn.fracture.fracture.pos_y(crack)

140、            pos_z = it.dfn.fracture.fracture.pos_z(crack)

141、            data_shear.append([m,pos_x,pos_y,pos_z])

142、            m += 1

143、需特别说明的是，本发明采用的flac3d-pfc3d跨尺度数值模拟旨在构建一种可视化的机理分析工具，其核心作用在于直观揭示薄喷层在动压扰动下“力链网络重构-微裂纹萌生扩展-宏观开裂失稳”的动态演化全过程，辅助阐释喷层失效的内在机理及调控逻辑的合理性。鉴于井下原位地质环境具有显著的非均质性与随机性，数值模拟中涉及的颗粒接触模型参数仅需参照室内试验获取的宏观力学趋势进行量级标定，无需与现场实测数据进行精确的定量匹配。因此，数值模拟输出的应力云图、耗散能云图、裂纹密度、力链断裂率及颗粒动能等具体数值指标，仅作为评判喷涂实施效果的辅助参考，不作为判定喷层合格与否的依据；喷涂效果的最终裁决仍以参数权重偏差及实测的物理参数阈值为准。

144、（8）多失效因素耦合下薄喷支护效果评判及靶向调控措施：针对井下碎胀围岩薄喷支护中岩性与破碎程度交织的复杂工况，基于熵权法动态构建六类监测参数（下垂度w1、粘结强度w2、凝固时间w3、水压渗透系数w4、气体泄漏率w5、协调变形系数w6）的注意力权重体系，结合flac3d-pfc3d跨尺度动态模拟揭示喷层劣化机理，从而实施材料配比的精准调控。鉴于本发明需针对多变的井下环境建立普适性的评判体系，下文将给出经过多矿区井下预喷试验得到的九种典型工况下常用的材料组分配比及经过动态计算与归一化处理后的参考注意力权重配置方案：

145、依据《工程岩体分级标准》（gb/t 50218-2014）、《煤矿开拓准备巷道围岩分类方法》（mt/t 1239-2025）及煤矿巷道围岩地质特征，将围岩破碎程度量化为轻微破碎、中等破碎、极松散破碎三个等级，具体界定标准如下：轻微破碎定义为岩体完整，节理裂隙不发育，裂隙密度≤2条/m2，岩体完整性系数kv≥0.75，点荷载强度指数is(50)≥2.0mpa，围岩表面仅有少量风化浮渣，无明显的渗滴水现象；中等破碎定义为岩体较破碎，节理裂隙较发育，裂隙密度介于2~5条/m2之间，岩体完整性系数kv介于0.55~0.75之间，点荷载强度指数is(50)介于1.0~2.0mpa之间，围岩表面存在局部松动碎块，伴有轻微渗水或潮湿斑迹；极松散破碎定义为岩体极破碎，节理裂隙极发育呈网裂状，裂隙密度>5条/m2，岩体完整性系数kv<0.55，点荷载强度指数is(50)<1.0mpa，围岩呈碎裂状或散体结构，伴有明显淋水、涌水（流量>5l/min）或煤岩粉化现象。

146、①对于泥岩轻微破碎工况，通常采用复合水泥52.7%+有机胶粉25%+煤基固废18.5%+细粒砂石3%+纳米纤维素0.8%+外加剂总计5.2%（其中减水剂0.7%、碳纳米管0.8%、膨胀剂0.8%、早强剂0.5%、增稠剂0.6%、界面耦联剂0.8%、成膜助剂1.0%）的柔性配方。典型权重分配为w6=0.25、w2=0.22、w1=0.18、w3=0.15、w4=0.10、w5=0.10；

147、②对于泥岩中等破碎工况，通常采用复合水泥52%+有机胶粉24%+煤基固废19%+细粒砂石3.2%+纳米纤维素1.0%+外加剂总计5.5%（其中减水剂0.8%、碳纳米管0.9%、膨胀剂0.8%、早强剂0.5%、增稠剂0.6%、界面耦联剂0.9%、成膜助剂1.0%）并复配0.8%kh-792硅烷偶联剂的配方。典型权重分配为w2=0.30、w6=0.25、w4=0.18、w1=0.12、w5=0.10、w3=0.05；

148、③对于泥岩极松散工况，通常采用复合水泥50.5%+有机胶粉24%+煤基固废20%+细粒砂石3.7%+纳米纤维素1.5%+外加剂总计5.5%（其中减水剂0.8%、碳纳米管0.9%、膨胀剂0.8%、早强剂0.5%、增稠剂0.6%、界面耦联剂0.9%、成膜助剂1.0%）的高触变配方。典型权重分配为w4=0.22、w5=0.20、w2=0.18、w1=0.15、w6=0.15、w3=0.10；

149、④对于砂岩轻微破碎工况，通常采用复合水泥59.7%+有机胶粉20%+煤基固废20%+细粒砂石5.0%+纳米纤维素0.5%+外加剂总计4.8%（其中减水剂0.7%、碳纳米管0.7%、膨胀剂0.7%、早强剂0.4%、增稠剂0.5%、界面耦联剂0.8%、成膜助剂1.0%）的刚性配方。典型权重分配为w2=0.35、w6=0.25、w3=0.15、w1=0.10、w4=0.08、w5=0.07；

150、⑤对于砂岩中等破碎工况，通常采用复合水泥58.7%+有机胶粉20%+煤基固废20%+细粒砂石5.0%+纳米纤维素0.7%+外加剂总计5.4%（其中减水剂0.8%、碳纳米管0.8%、膨胀剂0.8%、早强剂0.5%、增稠剂0.6%、界面耦联剂0.9%、成膜助剂1.0%）并复配0.5%纳米sio2的增韧配方。典型权重分配为w6=0.30、w2=0.25、w1=0.15、w3=0.12、w4=0.10、w5=0.08；

151、⑥对于砂岩极松散工况，通常采用复合水泥55.7%+有机胶粉20%+煤基固废20%+细粒砂石8.0%+纳米纤维素0.5%+外加剂总计5.4%（其中减水剂0.8%、碳纳米管0.8%、膨胀剂0.8%、早强剂0.5%、增稠剂0.6%、界面耦联剂0.9%、成膜助剂1.0%）的抗穿刺配方。典型权重分配为w1=0.30、w2=0.25、w6=0.20、w4=0.10、w5=0.08、w3=0.07；

152、⑦对于煤岩轻微破碎工况，通常采用复合水泥50.6%+有机胶粉24%+煤基固废20%+细粒砂石3.1%+纳米纤维素0.8%+外加剂总计5.3%（其中减水剂0.7%、碳纳米管0.8%、膨胀剂0.8%、早强剂0.5%、增稠剂0.6%、界面耦联剂0.9%、成膜助剂1.0%）的高气密配方。典型权重分配为w5=0.35、w2=0.25、w6=0.20、w3=0.10、w4=0.05、w1=0.05；

153、⑧对于煤岩中等破碎工况，通常采用复合水泥50.4%+有机胶粉23%+煤基固废20%+细粒砂石3.3%+纳米纤维素1.2%+外加剂总计4.9%（其中减水剂0.7%、碳纳米管0.8%、膨胀剂0.7%、早强剂0.4%、增稠剂0.5%、界面耦联剂0.8%、成膜助剂1.0%）的高渗透配方。典型权重分配为w2=0.35、w5=0.25、w6=0.15、w1=0.10、w4=0.08、w3=0.07；

154、⑨对于煤岩极松散工况，通常采用复合水泥50.7%+有机胶粉25%+煤基固废20%+细粒砂石3.0%+纳米纤维素1.3%+外加剂总计5.0%（其中减水剂0.7%、碳纳米管0.8%、膨胀剂0.7%、早强剂0.4%、增稠剂0.5%、界面耦联剂0.8%、成膜助剂1.1%）的呈膏体状配方。典型权重分配为w5=0.30、w4=0.20、w2=0.20、w1=0.10、w6=0.10、w3=0.10。

155、需要特别说明的是，本发明公开的井下薄喷材料喷涂实施效果的多尺度评判方法，兼具预喷试验适配校验与正式喷涂后效监测的双重功能，既可用于预喷阶段验证材料配比的适配性、为后续规模化施工提供配比依据，也可用于正式喷涂后喷层全周期支护健康状态的评估。以上权重数值代表了在对应典型工况及经验配比实施后，各监测参数经运算后得出的客观权重分布，仅作为实现靶向调控的基准参考。在实际工程应用中，根据围岩地质条件的不同，材料配比应根据权重偏差作出动态插值调整。

156、s5、针对煤矿井下复杂地质条件难以直接匹配既定九种典型工况的问题，首先基于现场岩性、破碎程度将目标区域初步归类至最接近的九种典型工况之一，直接采用该工况对应的基准材料配比开展小范围预喷涂试验，待喷层初凝后同步采集下垂量、粘结强度、凝固时间、渗透系数、气体泄漏率、协调变形系数六类监测参数，计算得到实时注意力权重向量wi=(w1,w2,w3,w4,w5,w6)后，逐一计算各权重wi与所选典型工况基准权重wi0的偏差（即wi-wi0/wi0），筛选出偏差超过15%的前三项权重作为核心调控靶点，依据三项权重对应的物理意义，以所选典型工况的基准配比为基准，对材料组分配比的掺量做线性加权插值调整。调整完成后再次喷涂并监测；若仍存在权重偏差超过15%，则进一步提取剩余偏差未超15%的权重项作为次要调控靶点，针对性微调材料配比开展二次复喷测试，重复上述验证流程直至所有权重偏差均控制在15%以内，再开展大规模井下喷涂作业，以此实现复杂工况下薄喷支护参数的精准适配，避免无对标情况下的盲目试错，确保支护体系始终处于最优服役状态。具体计算过程如下：

157、建立六项监测参数（下垂量w1、粘结强度w2、凝固时间w3、渗透系数w4、氦气泄漏率w5、协调变形系数w6）与薄喷材料各组分含量之间的定量映射关系。每个参数权重的变化仅指向特定材料组分的调整方向，避免多参数冲突时无法判定加减的问题。

158、表1 监测参数权重与材料组分配比映射表

159、

160、注：调整幅度系数ki为每1%权重偏差对应的组分量调整百分比（占该组分基准值的百分比）。本文所述幅度系数ki的单位为%/1%，计算时需将其数值除以100转换为小数斜率。

161、权重偏差反映该参数在当前工况下的不确定性大小。权重偏高说明该参数离散度大、对应性能不稳定，需要增强对应材料组分的掺量以改善该性能；权重偏低说明该参数已趋于稳定，可适当减少该方向的材料投入（但不得低于最低限值）。

162、表2 权重偏差方向与材料调整方向的判定规则

163、

164、以下给出每个参数权重对应的具体计算公式。所有公式均基于当前轮次的基准配比（初始为典型工况基准配比，后续轮次为上一轮调整后的配比）进行增量计算。

165、定义第i个参数在第t轮次的权重为wi (t)，对应的典型工况基准权重为wi0。权重相对偏差δi (t)的计算公式为：

166、δi (t) = (wi (t)-wi0)/wi0×100%

167、当|δi(t)|≤15%时，判定该参数权重已收敛，不进行配比调整；当δi(t)|>15%时，该参数被标记为核心调控靶点，进入调整计算流程。

168、对于被标记为目标靶点参数wi，其对指向的材料组分x的调整量δx按以下公式计算：

169、δx = x(t)×(ki/100)×(δi(t)-sign(δi(t))×15%)

170、式中：

171、x(t)——该组分在第t轮次当前配比中的质量百分比（即本轮计算基准值）；

172、ki——该参数对应的调整幅度系数（即每1%超额权重偏差对应的组分量调整百分比）；

173、δi (t)-sign(δi(t))×15%——超出15%阈值的净偏差量。

174、调整后该组分的新掺量为：x(t+1) = x(t)+δx

175、当多个参数权重同时超标且指向同一材料组分时（如w2、w4、w5、w6均指向有机胶粉），按以下规则进行叠加计算，避免方向冲突：

176、若所有指向该组分的超标参数调整方向一致（均为增加或均为减少），则直接代数求和：

177、δx总=σ δxj（j为所有指向该组分的超标参数序号）

178、若部分参数要求增加该组分、另一部分要求减少（实际工况中极罕见，因各参数物理含义不同），则按各参数权重的绝对值大小赋予优先级（权重绝对值更大的参数具有更高的调整话语权）：

179、δx总=σ(wj×δxj)/σ|wj|（按权重加权平均）

180、该加权平均公式确保权重更大的参数（即当前工况下不确定性更强、更需改善的性能方向）对配比调整起主导作用。

181、当超过三个参数权重同时超标时，为避免一次性调整过多组分导致交互效应不可控，采用分步调整策略。将所有超标参数按|δi|降序排列，取前三位作为本轮核心靶点。排序如下：

182、①第一优先级：|δi|最大的参数（权重偏离最远，不确定性最高）；

183、②第二优先级：|δi|第二大的参数；

184、③第三优先级：|δi|第三大的参数。

185、若两个参数|δi|相等，则优先选择实测值不合格者；若实测值均合格或均不合格，则优先选择指向有机胶粉的参数。之后采取分步调整策略进行配比调整：

186、①步骤一：仅对前三靶点执行配比调整，其余超标参数暂不动。

187、②步骤二：以调整后配比为基准进行第二轮喷涂验证。

188、③步骤三：第二轮中，原前三靶点若已收敛则不再调整；原第四、第五靶点若仍超标则晋升为新的核心靶点。

189、④步骤四：每轮最多调整三个靶点，确保每次调整的因果可追溯、可解释。

190、⑤步骤五：若某参数连续两轮调整后|δ|反而增大，说明该方向调整无效，则自动翻转调整方向并加倍调整量，同时记录该参数对应的材料组分可能存在非线性的响应关系，建议结合flac3d-pfc3d模拟辅助分析。

191、无论叠加结果如何，任何组分的最终掺量不得超出专利权利要求书中规定的范围。若叠加后超出上限，取上限值；若低于下限，取下限位。此约束为硬性约束，优先于上述所有计算。同时，所有组分质量百分比之和必须等于100%。当某组分调整后，其余组分按其在当前配比中的占比等比例缩放，确保总量守恒。

192、设调整后的目标组分新掺量为x(t+1)，其余n-1个组分的当前掺量分别为a1, a2,..., an-1，缩放因子λ计算如下：

193、λ=(100%-x(t+1))/(a1+a2+...+a n-1)

194、各其余组分调整后的新掺量为：aj(t+1)=aj×λ

195、此缩放仅调整非目标组分的相对比例，不改变已确定的目标组分掺量。

196、在实际工程中可能出现两类冲突情形：（a）权重偏差在±15%以内但实测参数值不合格；（b）权重偏差超过±15%但实测参数值已合格。以下给出系统化的冲突识别与处理逻辑。

197、在每一轮计算中，除权重偏差外，同时独立计算各实测参数合格率。定义实测偏差率ηi：

198、ηi=(实测值i-合格阈值i)/合格阈值i×100%

199、其中，对于“越大越好”型参数（粘结强度、协调变形系数），ηi<0表示不合格；对于“越小越好”型参数（下垂度、渗透系数、气体泄漏率），ηi>0表示不合格；对于“区间约束”型参数（凝固时间），分别计算初凝和终凝的偏差。

200、①当某参数权重wi(t)与基准wi0的偏差≤15%，按权重标准无需调整，但该参数的实测物理值未达到专利规定的合格阈值时，实测值具有一票否决权——即使权重偏差合规，仍须对该参数指向的组分进行调整。调整量按以下公式强制计算：

201、δx强制= x(t)×ki×max(|ηi|,10%)

202、其中max(|ηi|, 10%)确保即使实测偏差较小，仍施加至少10%的最小调整量以驱动改善，避免因调整幅度过小而无效。

203、②当某参数权重偏差>15%，按权重标准应调整配比，但该参数的实测物理值已满足合格阈值时，权重偏高仅说明该参数的监测数据离散度大（即多次测量结果波动大），不代表当前均值一定不合格。此时需区分两种情况：

204、（a）数据波动型：实测均值合格但标准差大。此时权重高是因为数据不稳定而非均值偏离，应优先改善施工工艺一致性（如搅拌时间、喷射压力），而非调整材料配比。材料调整量减半处理：δx=0.5×δx原公式。

205、（b）偶然达标型：实测均值勉强合格且接近阈值边缘。此时权重高预警了潜在的失稳风险，应按原公式全额调整，防患于未然。

206、自动判别公式：计算变异系数cvi=标准差/均值。

207、若cvi>15%→判定为“数据波动型”→δx=0.5×δx原公式（优先改善施工工艺）；若cvi≤15%→判定为“偶然达标型”→δx=δx原公式（全额调整材料配比）。

208、将权重偏差与实测值合格性两个维度组合，形成2×2决策矩阵，确保任何工况下均有唯一确定的调整路径。

209、表3 “权重-实测”二维决策矩阵

210、

211、s6、每一轮调整后，以调整后的配比为新的基准，再次喷涂、采集、计算，进入下一轮迭代（t→t+1），直至所有|δi| ≤ 15%且所有实测物理指标合格。关键规则是：权重基准wi0不变（始终为所选典型工况的原始基准权重），但配比基准x(t)逐轮更新。即第t+1轮次的权重偏差仍相对于原始wi0计算（用于判断是否收敛），而材料配比的增量计算基于上一轮调整后的实际配比x(t)（用于指导新调整量）。这种设计确保权重偏差始终有一个固定的收敛目标（wi0），而配比则在每一轮中以最新的实际值为起点逐步逼近最优解。迭代终止条件全部满足方可合格通过：

212、①条件一（权重收敛）：所有六个参数的权重偏差均满足|δi|≤15%；

213、②条件二（实测合格）：所有六个实测物理参数均满足专利规定的合格阈值（下垂度≤5mm、粘结砂岩/泥岩≥0.8mpa、粘结煤岩≥0.7mpa、初凝≥10min、终凝≤20min、渗透系数≤1×10-6cm/s、密封效率≥95%、协调变形系数≥90%）；

214、③条件三（变异控制）：所有参数的变异系数cvi≤15%（数据稳定性达标）；

215、④条件四（最大迭代保护）：若连续迭代五轮后仍未全部收敛，则以第五轮结束时的当前配比为最终施工配比，同时生成失效风险评估报告推送至地面监控终端并触发预警信号，转为人工专家介入模式。

216、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

217、1、本发明并非各类胶凝材料的简单物理混合，而是通过特定的配比设计，在微观尺度上构建了“刚性骨架—柔性界面—纳米增强”的跨尺度三维互穿网络结构。本发明所创造的薄喷材料通过在无机水泥基材料中引入有机胶粉改性增韧，水化后生成钙矾石（aft）和c-s-h凝胶提供高强骨架结构，以及有机胶粉再分散后在高强骨架表面生成的柔性覆膜，形成“有机包覆无机核”的有机—无机杂化互穿结构，实现对煤岩的有效粘结，兼具无机相的刚性和有机相的延展性；同时利用有机胶粉柔性覆膜在孔隙内壁形成疏水性屏障，阻断腐蚀介质渗透路径、煤基固废的火山灰效应大幅消耗体系内的ca(oh)2，降低碱度，显著削弱硫酸盐结晶膨胀破坏与酸类溶蚀风险。此外，纳米纤维素与碳纳米管构建的致密三维网络进一步提升了微观结构的化学稳定性，使材料在潮湿、高硫矿井环境下服役寿命得以延长。复配煤固废粉体填充微小孔隙降低孔隙率，其中的活性sio2/al2o3参与二次水化反应，生成更多c-a-s-h凝胶，使得结构更为致密。纳米纤维素加入后，其中的亲水基团促进水化反应速率，氢键网络提升浆体触变性，减少喷涂回弹。同时其嵌入凝胶网络形成“纤维桥”，抑制微裂纹扩展。碳纳米管穿插于水化产物中形成导电网络提升材料抗静电性，同时增强抗拉强度。本薄喷材料作为应力传递介质，在巷道来压碎胀变形时可将局部集中应力分散至深层稳定岩体，通过柔性变形吸收部分能量延缓破坏进程，避免应力突变导致岩体溃屈。正是这种“水泥复配调控水化进程、高分子乳液构建柔性界面、纳米材料诱导界面增强、工业固废填充微观孔隙”的特定组合与比例匹配，使得各组分间产生了显著的协同效应，从而突破了传统单一胶凝材料脆性大、界面粘结弱的瓶颈，实现了材料宏观力学性能与界面粘结性能的提升。

218、与传统厚喷混凝土喷涂施工相比，薄喷材料用量仅为传统厚喷混凝土的20%-30%，且煤基固废替代水泥降低原料成本30%。同时，传统混凝土喷涂作业需高压喷射设备，施工过程回弹率高达25%-40%并产生大量粉尘，极易造成原料浪费并危害作业人员的身体健康。本薄喷材料通过水灰比动态调节以及增稠剂控流，实现低气压喷射，回弹率<5%，无粉尘。传统厚喷混凝土存在易开裂（刚性大）、密封差（孔隙率>15%）、粘结强度低（0.5-1.0 mpa）的问题，本薄喷材料中柔性膜自适应碎胀（延展率>15%）、纳米填充致密（孔隙率<5%）、界面耦联剂强化，可实现碎胀围岩的有效封闭，并在围岩来压时与围岩协调变形，调控岩体自应力防止岩体溃屈。

219、2、当前现场多采用传统锤击法通过音调清脆度判断喷层是否脱粘开裂，受操作者经验差异影响，误判率高达40%，且单次检测需中断施工，仅能获取局部瞬时状态。本发明通过现场多源监测实时采集六类参数，并通过数据融合算法消除数据偏差从而大幅提升监测精度。采用flac3d-pfc3d耦合数值建模，通过flac3d精准模拟宏观岩体应力场与变形规律，结合pfc3d在颗粒级材料层面精细刻画薄喷材料的微观力学行为与界面效应。通过数据交互接口，实现“宏观应力场→微观颗粒运动→宏观变形反馈”的闭环分析，传统单一模型则无法捕捉此类跨尺度现象。

220、本发明通过注意力权重动态预警与靶向调控机制，突破了传统薄喷支护依赖人工经验试错的局限，利用权重偏差线性插值公式量化配比调整幅度，通过权重绝对值加权计算多参数调整冲突，结合“权重-实测”二维决策矩阵实现数据波动与性能失效的双重甄别，依托“监测-计算-调整-复喷”的闭环迭代逻辑，使非典型工况下的配比调试周期缩短50%以上，喷层综合服役寿命提升60%以上，在杜绝盲目调整所致的材料浪费的同时，将施工质量误调率降至最低，维护成本较传统厚喷混凝土降低70%以上。

221、尤为重要的是，本技术相较cn112062523b等现有技术，实现了从“被动材料改良”向“主动智能调控”的根本性跨越。cn112062523b仅局限于胶粉与水泥的物理复配，未涉及施工过程中的动态评判与反馈机制，无法解决井下非均质围岩环境下的适配性难题。本发明将“注意力权重调控”、“flac3d-pfc3d跨尺度评判”与“权重偏差线性插值调整”三者融合，形成了闭环的材料优化体系。其中，注意力权重机制通过熵权法量化各监测参数的不确定性，锁定当前工况下的核心失效风险源；跨尺度评判方法揭示了权重偏差背后的力学演化机理，为调整方向提供了预测依据；而线性插值调整公式则将抽象的权重数据转化为具体的材料掺量修正值，实现了从“定性经验”到“定量计算”的转变。这三者的协同效应在于：跨尺度模拟为权重分配提供了物理意义，权重预警为插值调整指明了优先级，插值计算则将调控指令落地。该组合方案有效克服了传统方法调整盲目、反馈滞后的缺陷，实现了薄喷支护体系在全生命周期内的动态优化适配。