发明创造名称：一种主动防治岩爆的超前支护方法
外观设计名称：
决定号：190757
决定日：2019-09-23
委内编号：1F256096
优先权日：
申请（专利）号：201610147344.4
申请日：2016-03-16
复审请求人：福州大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：高瑞孜
合议组组长：唐晓君
参审员：徐治华
国际分类号：E21D9/00(2016.01)
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点：如果一项权利要求的技术方案相对于作为最接近现有技术的对比文件存在区别技术特征，但该区别技术特征为本领域技术人员根据公知常识容易想到的技术手段，则本领域技术人员容易在现有技术中获得与最接近的对比文件相结合的技术启示，那么该权利要求相对于该对比文件及公知常识的结合不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201610147344.4，名称为“一种主动防治岩爆的超前支护方法”的发明专利申请（下称本申请）。申请人为福州大学。本申请的申请日为2016年03月16日，公开日为2016年06月29日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年03月28日以本申请权利要求1-5不具备专利法第22条第3款规定的创造性为由作出驳回决定，驳回决定所针对的文本是：申请日2016年03月16日提交的说明书第1-38段（第1-5页），说明书附图图1-4（第1-2页），说明书摘要，摘要附图；申请人于2017年12月18日提交的权利要求第1-5项。驳回决定引用了如下对比文件：
对比文件1：“高地应力隧道岩爆特征及综合施工控制技术”，陈彩霞，福建交通科技，第3期，第48-50页，2015年6月20日。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种主动防治岩爆的超前支护方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤S1：分析判断岩爆可能出现部位；
步骤S2：由于大多数岩爆都是临空的、爆裂松脱岩板在高应力挤压下脆性折断后再弹射的，因此，针对步骤S1分析判断的岩爆可能出现部位，进行超前支护，从而减少岩板无支承段长度，同时将松脱岩板串起，提高岩板厚度，进而提高岩板抗折断的能力，避免或减弱岩爆；
所述超前支护的实施过程为：首先，根据步骤S1分析判断结果，在岩爆可能出现部位的开挖轮廓线外侧钻孔；其次，在所钻孔内，插入与钻孔直径相当的无缝钢管，并顶入钻孔中，如此即可提高岩板向临空面折断的临界应力，从而大幅减少临空的、爆裂松脱岩板的折断，进而避免或减弱岩爆；
所述步骤S2中，岩板抗折断的能力即岩板折断所需的与岩板厚度方向垂直的临界应力，该临界应力与岩板厚度成正比、与岩板无支承段长度的平方成反比。
2. 根据权利要求1所述的主动防治岩爆的超前支护方法，其特征在于：所述步骤S1具体实现方式为：根据隧道或地下洞室所处区域的地应力最大主应力方向进行分析，若地应力最大主应力方向接近水平时，则判断拱顶至拱腰段可能出现岩爆；若地应力最大主应力方向接近垂直时，则判断边墙可能出现岩爆；若地应力最大主应力方向非上述两种方向时，则判断洞室轮廓线与地应力最大主应力方向相切的部位可能出现岩爆。
3. 根据权利要求1所述的主动防治岩爆的超前支护方法，其特征在于：所述步骤S1具体实现方式为：对施工期间岩爆在开挖轮廓线上出现的部位进行统计，得出岩爆可能出现的部位。
4. 根据权利要求1所述的主动防治岩爆的超前支护方法，其特征在于：所述钻孔的具体实现方式为：在掌子面处，通过钻孔机械在开挖轮廓线外侧10～20cm处，以外插角10～15°钻孔，孔深至少大于爆破进尺长1m，且孔与孔的中心距为30～50cm。
5. 根据权利要求1所述的主动防治岩爆的超前支护方法，其特征在于：所述钢管的插入方式为：通过钻孔台车或风钻将钢管顶入钻孔中。”
驳回决定指出：独立权利要求1与对比文件1的区别是：钻孔是在在岩爆可能出现部位的开挖轮廓线外侧钻孔，在所钻孔内，插入与钻孔直径相当的无缝钢管，岩板抗折断的能力即岩板折断所需的与岩板厚度方向垂直的临界应力，该临界应力与岩板厚度成正比、与岩板无支承段长度的平方成反比。但是，上述区别技术特征是本领域的公知常识。由此可知，权利要求1相对于对比文件1和本领域公知常识的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。从属权利要求2的附加技术特征部分被对比文件1公开、部分属于本领域公知常识，从属权利要求3的附加技术特征是本领域的惯用技术手段。因此，从属权利要求2-3不具备专利法第22条第3款规定的创造性。并在其他说明部分指出：从属权利要求4的附加技术特征部分被对比文件1公开、部分属于本领域公知常识，从属权利要求5的附加技术特征是本领域的惯用技术手段。因此，从属权利要求4、5不具备专利法第22条第3款规定的创造性。针对申请人的意见陈述，进一步指出，首先，对比文件1已经公开了本申请的大部分技术特征，并公开了本申请的发明点，即先判断岩爆可能出现的位置，在此位置进行超前支护，从而提高了岩板抗折断能力，主动有效地防治岩爆。其次，由于岩板抗折断能力与岩板厚度和岩板无支承段长度有关，岩板越厚越难以折断，无支承段长度越长越易于折断，因此，岩板抗折断能力与岩板厚度与岩板无支承段长度的比例关系对于本领域技术人员来说是易于获知的，并不需要付出创造性劳动，而对比文件1与本申请一样均是在岩爆可能出现的位置进行超前支护以此提高岩板厚度和减少岩板无支承段长度，同样可达到对岩爆区域进行有效的主动防治岩爆。再次，关于岩爆位置的判断，本申请是基于对隧道或洞室所处区域的岩体最大主应力的判断，而对比文件1已经公开了岩爆位置与岩体最大主应力方向有关，而此位置的判断与岩板抗折断能力无关，本申请也没有记载岩板抗折断能力与岩板厚度与岩板无支承段长度的比例关系对于判断岩爆位置和支护位置所带来的技术效果。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年07月11日向国家知识产权局提出了复审请求，未提交修改文本。复审请求人认为：（1）本申请与对比文件1二者应用领域不同，本申请适用各类地质类型，对比文件1针对官田隧道的特殊地质情况；（2）本申请与对比文件1采取的技术手段不同，对比文件1利用纵向拉力，而本申请是利用与围岩密贴的钢管给松脱的岩板提供支点；对比文件1进一步施压，导致了应力增加，其锚杆孔与应力孔直径不同，增加了施工难度，本申请则将松脱的岩板串起来提高了岩板厚度，增加的了安全性，钢管直径与应力孔直径相同，工艺简单。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年07月24日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为，1、在复审请求书中认为权利要求1保护的技术方案中所述步骤S1具体实现方式并未在权利要求1中记载；2、对比文件1与本申请两者领域相同；3、对比文件1已经公开了采用锚杆进行超前支护来防治岩爆的技术手段，而在不良地质中采用钢管来进行超前支护以增加围岩的支护加固强度是本领域的公知常识，因此，本领域技术人员为了进一步提高围岩的支护加固强度容易想到采用钢管来代替对比文件1中的锚杆来进行超前支护，因而坚持原驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年06月05日向复审请求人发出复审通知书，指出：独立权利要求1与对比文件1的区别是：大多数岩爆都是临空的、爆裂松脱岩板在高应力挤压下脆性折断后再弹射的，将松脱岩板串起，提高岩板厚度，进而提高岩板抗折断的能力，避免或减弱岩爆。钻孔是在岩爆可能出现部位的开挖轮廓线外侧钻孔，在所钻孔内，插入与钻孔直径相当的无缝钢管，并顶入钻孔中，岩板抗折断的能力即岩板折断所需的与岩板厚度方向垂直的临界应力，该临界应力与岩板厚度成正比、与岩板无支承段长度的平方成反比。但是，上述区别技术特征是本领域的公知常识。由此可知，权利要求1相对于对比文件1和本领域公知常识的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。从属权利要求2、4的附加技术特征部分被对比文件1公开、部分属于本领域的公知常识，从属权利要求3、5的附加技术特征是本领域的常用技术手段。因此，从属权利要求2-5不具备专利法第22条第3款规定的创造性。关于复审请求人的意见陈述，合议组认为：（1）对比文件1与本申请均涉及一种主动防止岩爆的方法，其具有相同的技术领域，且对比文件1虽然是针对官田隧道的岩爆提出的治理方案，其也能适用于其它的岩爆治理；（2）对比文件1中公开了可采取打设超前钻孔释放高地应力，也可同时配合打钢支撑、超前锚杆，主动防护，在上述启示下，本领域技术人员可以根据实际的地质情况等原因将钢支撑或锚杆替换为本领域经常使用的钢管，其同样能够起到减少岩板无支撑段长度和将松脱岩板穿起来提高岩板厚度的技术效果，达到了防止岩爆的目的。因此，复审请求人的意见陈述不具有说服力，权利要求1-5不具备创造性。
针对上述复审通知书，复审请求人于2019年07月26日提交了意见陈述书，其中声称修改了权利要求书，但并未提交修改文件。复审请求人认为：（1）对比文件1是通过释放应力孔和使用超前锚杆的方法降低岩爆烈度，而权利要求1是通过打出与无缝钢管孔径相匹配的孔再将无缝钢管插入的方法降低岩爆烈度；（2）二者技术手段不同，对比文件1是利用是锚杆的纵向拉力，而权利要求1可以靠钢管直径方向的压力和轴线方向的切力“提高岩板向临空面折断的临界应力，从而大幅减少临空的、爆裂松脱岩板的折断，进而避免或减弱岩爆”；（3）对比文件1施工过程中需要更换设备钻头，而权利要求1不需要，大大降低了施工强度，因此权利要求1-4具备创造性。
复审请求人于2019年08月28日提交了补正书和修改后的权利要求书，所进行的修改为：将权利要求5的附加技术特征加入到权利要求1中。提交的权利要求书如下：
“1. 一种主动防治岩爆的超前支护方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤S1：分析判断岩爆可能出现部位；
步骤S2：由于大多数岩爆都是临空的、爆裂松脱岩板在高应力挤压下脆性折断后再弹射的，因此，针对步骤S1分析判断的岩爆可能出现部位，进行超前支护，从而减少岩板无支承段长度，同时将松脱岩板串起，提高岩板厚度，进而提高岩板抗折断的能力，避免或减弱岩爆；
所述超前支护的实施过程为：首先，根据步骤S1分析判断结果，在岩爆可能出现部位的开挖轮廓线外侧钻孔；其次，在所钻孔内，插入与钻孔直径相当的无缝钢管，并顶入钻孔中，如此即可提高岩板向临空面折断的临界应力，从而大幅减少临空的、爆裂松脱岩板的折断，进而避免或减弱岩爆；
所述步骤S2中，岩板抗折断的能力即岩板折断所需的与岩板厚度方向垂直的临界应力，该临界应力与岩板厚度成正比、与岩板无支承段长度的平方成反比。
所述钢管的插入方式为：通过钻孔台车或风钻将钢管顶入钻孔中。
2. 根据权利要求1所述的主动防治岩爆的超前支护方法，其特征在于：所述步骤S1具体实现方式为：根据隧道或地下洞室所处区域的地应力最大主应力方向进行分析，若地应力最大主应力方向接近水平时，则判断拱顶至拱腰段可能出现岩爆；若地应力最大主应力方向接近垂直时，则判断边墙可能出现岩爆；若地应力最大主应力方向非上述两种方向时，则判断洞室轮廓线与地应力最大主应力方向相切的部位可能出现岩爆。
3. 根据权利要求1所述的主动防治岩爆的超前支护方法，其特征在于：所述步骤S1具体实现方式为：对施工期间岩爆在开挖轮廓线上出现的部位进行统计，得出岩爆可能出现的部位。
4. 根据权利要求1所述的主动防治岩爆的超前支护方法，其特征在于：所述钻孔的具体实现方式为：在掌子面处，通过钻孔机械在开挖轮廓线外侧10～20cm处，以外插角10～15°钻孔，孔深至少大于爆破进尺长1m，且孔与孔的中心距为30～50cm。”
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
复审请求人在复审阶段对申请文件进行了修改，该修改符合专利法第33条和专利法实施细则第61条第1款的规定，本复审请求审查决定所针对的文本如下，即：申请日2016年03月16日提交的说明书第1-38段（第1-5页），说明书附图图1-4（第1-2页），说明书摘要，摘要附图；复审请求人于2019年08月28日提交的权利要求第1-4项。
关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
具体到本案，权利要求1-4不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.1权利要求1要求保护一种主动防治岩爆的超前支护方法，对比文件1公开了一种主动防治岩爆的超前支护方法，并具体公开了以下技术特征(参见正文第3节、图2)：施工监测，施工中根据有无地下水、地应力方向、岩体稳定性、岩石软硬、岩性及地质构造进行初判断、进行围岩和支护状况的现场观察并结合施工监控量测等方式进行分析（相当于步骤S1：分析判断岩爆可能出现部位）；针对分析判断的岩爆可能出现部位，进行超前支护，其必然减少岩板无支承段长度。超前支护的实施过程为：首先，根据分析判断结果，在岩爆可能出现部位进行钻孔；其次，在所钻孔内，插入锚杆，如此即可提高岩板向临空面折断的临界应力，从而大幅减少临空的、爆裂松脱岩板的折断，进而避免或减弱岩爆。
因此，权利要求1所要求保护的技术方案与对比文件1公开的内容相比，区别技术特征为：大多数岩爆都是临空的、爆裂松脱岩板在高应力挤压下脆性折断后再弹射的，将松脱岩板串起，提高岩板厚度，进而提高岩板抗折断的能力，避免或减弱岩爆；钻孔是在岩爆可能出现部位的开挖轮廓线外侧钻孔，在所钻孔内，插入与钻孔直径相当的无缝钢管，并顶入钻孔中，岩板抗折断的能力即岩板折断所需的与岩板厚度方向垂直的临界应力，该临界应力与岩板厚度成正比、与岩板无支承段长度的平方成反比；钢管的插入方式为：通过钻孔台车或风钻将钢管顶入钻孔中。基于上述区别技术特征，可以确定本申请实际解决的技术问题是如何设置钻孔位置。
然而，大多数岩爆都是临空的、爆裂松脱岩板在高应力挤压下脆性折断后再弹射的是本领域技术人员的公知常识，在对比文件1已经公开了进行超前支护的基础上，设置将松脱岩板串起，提高岩板厚度，进而提高岩板抗折断的能力，避免或减弱岩爆是本领域技术人员常用的技术手段。并且，钻孔布置在岩爆可能出现部位的开挖轮廓线外侧是本领域技术人员为了提高岩板向临空面折断的临界应力的常规布置，在对比文件1已经给出了利用锚杆进行超前支护的基础上，根据现场岩爆烈度和施工难易程度本领域技术人员可以合理的选择支护材料，具体设置超前支护选择与钻孔直径相当的无缝钢管并顶入钻孔中是本领域的常规选择。本领域技术人员可根据有限次实验来确定岩板抗折断能力，即其为岩板折断所需的与岩板厚度方向垂直的临界应力，该临界应力与岩板厚度成正比、与岩板无支承段长度的平方成反比；通过钻孔台车或风钻将钢管顶入钻孔中是本领域常规的钢管插入方式。
由此可知，在对比文件1的基础上结合此本领域的公知常识得到该权利要求要求保护的技术方案对本领域技术人员而言是显而易见的，因此权利要求要求保护的技术方案不具备突出的实质性特点和显著的进步，因而不具备创造性。
2.2从属权利要求2对权利要求1作了进一步限定，对比文件1还公开了（参见正文第2节）：岩爆一般发生在岩体最大主应力方向上，即根据隧道或地下洞室所处区域的地应力最大主应力方向进行分析。由此可见，若地应力最大主应力方向接近水平时，则判断拱顶至拱腰段可能出现岩爆；若地应力最大主应力方向接近垂直时，则判断边墙可能出现岩爆；若地应力最大主应力方向非上述两种方向时，则判断洞室轮廓线与地应力最大主应力方向相切的部位可能出现岩爆是本领域根据有限次实验可得出的，并不需要创造性劳动。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，权利要求2不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.3从属权利要求3对权利要求1作了进一步限定，而对施工期间岩爆在开挖轮廓线上出现的部位进行统计是本领域技术人员为了确定得出岩爆可能出现的部位常规技术手段。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，权利要求3不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.4从属权利要求4对权利要求1作了进一步限定，对比文件1还公开了（参见正文第2节）：在掌子面，外插角10～15°钻孔，环向间距40cm（与孔与孔的中心距为30～50cm有交集）。而通过钻孔机械在开挖轮廓线外侧10～20cm处，孔深至少大于爆破进尺长1m是本领域技术人员根据现场实际情况可作出的常规设置。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，权利要求4不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
对复审请求人相关意见的评述
合议组认为：
（1）锚杆支护和钢管支护都是本领域技术人员在治理岩爆过程中经常采用的支护手段，当地应力较强时，本领域技术人员容易想到可以打应力释放孔降低地应力，当地应力不强不需要释放时也可以直接利用锚杆或钢管进行支护；（2）对比文件1中公开了可采取打设超前钻孔释放高地应力，也可同时配合打钢支撑、超前锚杆，主动防护，在该启示下，本领域技术人员可以根据实际的地质情况等原因，为了进一步提高围岩的支护加固强度容易想到将锚杆替换为本领域经常使用的钢管，其同样能够起到减少岩板无支撑段长度和将松脱岩板穿起来以提高岩板厚度的技术效果，达到了防止岩爆的目的；（3）为了提高工作效率，本领域技术人员在保证施工质量的前提下，优化施工步骤使用与钻孔直径相当的钢管作为支撑并不需要付出创造性的劳动。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年03月28日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服,根据专利法第41条第2款的规定,复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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