CN111911201A - 冲击地压巷道吸能释能综合防冲支护方法 - Google Patents

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    • F16F15/067Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with metal springs using only wound springs

Abstract

本发明涉及一种冲击地压巷道吸能释能综合防冲支护方法,快速完成巷道顶板及帮部的基础锚网支护;根据不同的巷道冲击地压危险等级,按照不同的排距在顶板和两帮打锚索孔,且锚索孔与锚杆孔确保不在同一巷道断面上;在巷道两底角施工方形浅孔,巷道底角方形浅孔施工的排距与锚索孔排距相同,且与锚索孔处于同一断面上;以巷道底角方形浅孔为基点安装固定吸能释能防冲支架,并将锚索穿过防冲支架上预留的圆孔安装在锚索孔中,安装锚索托盘和锁具,施加锚索预紧力,固定吸能释能防冲支架并使其紧贴巷道围岩;随着巷道掘进,循环完成上述步骤,完成冲击地压巷道的支护。

Description

冲击地压巷道吸能释能综合防冲支护方法
技术领域
本发明涉及一种煤矿巷道锚网索棚联合支护方法,具体涉及一种冲击地压巷道吸能释能综合防冲支护方法,属于煤矿巷道支护领域。
背景技术
随着我国煤炭开采强度的增加,浅部煤炭资源已经逐渐枯竭,深部煤炭资源的开采已成为满足我国能源需求的重要途径与必然趋势。但随着煤矿开采深度和开采强度的加大,冲击地压灾害发生的频次、强度及破坏程度呈上升趋势,冲击地压已成为我国深部煤矿开采所面临的重大安全问题。统计规律显示绝大多数冲击地压灾害发生于巷道区域,往往造成严重的巷道损毁和重大人员伤亡,严重影响矿井生产和巷道的正常使用。
目前国内煤矿常用的巷道支护形式有锚杆支护、锚网索联合支护、U型钢棚支护等,对于常用的锚杆支护和锚网索联合支护,由于锚杆和锚索的延伸率均较低,在冲击地压发生时锚杆和锚索往往先发生破断,进而导致围岩整体支护系统的失效。U型钢棚支护能够提高较高的支撑力,但是U型钢支架可缩性较小,且容易受力不均匀,冲击地压发生时U型钢支架容易发生局部的变形和扭曲破坏。基于此,冲击地压巷道的有效支护控制方法一直以来是国内外学者研究的重点。对于受冲击地压影响的巷道支护,基本的指导思想是强力支护,即支护具有较大的抵抗变形能力和较强的吸能性能。
在现有技术中,“一种强冲击地压巷道支护方法”公开了一种针对冲击地压巷道强动载扰动的支护方法,采用锚网、U型钢棚、吸能防冲支架对巷道进行三级联合支护,保障巷道在冲击动载下的稳定与安全。显然,该方法的三级联合支护对强冲击地压巷道具有显著的控制效果,但忽略了冲击地压巷道大变形的特征,支护体系的可控让位释能对于提高围岩控制效果和降低支护成本具有重要作用。冲击地压巷道支护应兼顾让位释能与抗冲吸能两方面的耦合效果。
发明内容
为克服现有技术的不足,针对冲击地压巷道的变形特征和载荷特点,本发明提出冲击地压巷道吸能释能综合防冲支护方法。
本发明所述的一种冲击地压巷道吸能释能综合防冲支护方法,具体步骤如下:
步骤1)在巷道掘进后,随即在巷道顶板及帮部打锚杆孔,安装高预应力让压锚杆,巷道顶板及帮部挂设金属网,然后安装锚杆托盘,施加锚杆预紧力,快速完成巷道顶板及帮部的基础锚网支护;
步骤2)在基础锚网支护完成后,根据不同的巷道冲击地压危险等级,按照不同的排距在顶板和两帮打锚索孔,且锚索孔与锚杆孔确保不在同一巷道断面上;
步骤3)以一定排距在巷道两底角施工方形浅孔,巷道底角方形浅孔施工的排距与锚索孔排距相同,且与锚索孔处于同一断面上;
步骤4)以巷道底角方形浅孔为基点安装固定吸能释能防冲支架,并将锚索穿过防冲支架上预留的圆孔安装在锚索孔中,安装锚索托盘和锁具,施加锚索预紧力,固定吸能释能防冲支架并使其紧贴巷道围岩;
步骤5):随着巷道掘进,循环完成步骤1)至步骤4),完成冲击地压巷道的支护。
步骤1)中所述高预应力让压锚杆的长度不小于2400mm,有效让压距离不小于80mm,预紧力不小于60kN。
步骤2)中所述的锚索孔的施工排距为弱冲击危险区域1000mm,中等冲击危险区域800mm,强冲击危险区域600mm。
步骤3)中所述的方形浅孔深度为200~300mm。
步骤4)中所述的吸能释能防冲支架由外部防护钢板、内侧承压支护钢板、可持续让位防冲吸能装置、高强度弹簧、固定锚索孔、固定支腿组成;所述外部防护钢板和内侧承压支护钢板分别沿长度预制有两排一定规则排布的圆孔,用以安装固定锚索;在支架安装时,所述内侧承压支护钢板和外部防护钢板形成与巷道截面相应的U形,内侧承压支护钢板的底端分别固连有固定支腿,固定支腿插入巷道底板,用以固定内侧承压支护钢板;所述内侧承压支护钢板和外部防护钢板之间间隔安装有可持续让位防冲吸能装置和高强度弹簧,高强度弹簧的两端分别与内侧承压支护钢板和外部防护钢板固连;可持续让位防冲吸能装置为内部中空的多级锥台形结构,可持续让位防冲吸能装置的底端与内侧承压支护钢板固连,顶端与外部防护钢板之间留有一段距离。冲击地压发生时,在冲击载荷的作用下可持续让位防冲吸能装置可以快速的逐级溃缩,吸收部分释放的冲击能量,在溃缩同时,该装置与外部防护钢板的接触面积逐渐增大,可以减小其对于外部防护钢板的集中应力施加;所述高强度弹簧固定于外侧防护钢板与内侧承压支护钢板之间,既能保证外部防护钢板与围岩的紧密接触,提供足够支护强度,也可在冲击地压发生时吸收部分冲击能量。
所述的吸能释能防冲支架中可持续让位防冲吸能装置底端采用焊接的方式固定于内侧承压支护钢板上,顶端与外部防护钢板之间留有的间距为吸能释能防冲支架的让压空间,且所述的让压空间与步骤1)中让压锚杆的有效让压距离相匹配。
所述的吸能释能防冲支架中高强度弹簧两端分别焊接在外部防护钢板和内侧承压支护。
步骤4)中所述吸能释能防冲支架的固定支腿的长度与巷道两底角方形浅孔的深度相匹配,吸能释能防冲支架的固定支腿放置到巷道底角方形浅孔中后,用混凝土材料填充巷道底角方形浅孔,使固定支腿与巷道底板固结在一起,增加支架的稳定性。
本发明的积极效果:
1)本发明能够满足冲击地压巷道缓慢变形的要求,其容许变形范围相较之前的发明有较大程度的增加。同时,在巷道缓慢变形的同时,可持续让位吸能装置发生节节溃缩,期间可持续让位吸能装置与外侧防护钢板的接触面积之间增大,减轻外侧防护钢板的压力,提高支护结构的支护寿命。
2)本发明能够满足吸收冲击地压巷道的瞬时能量释放的要求。对于冲击地压中煤岩体瞬间位移、抛出等巨大能量释放的情况,结构中通过高强度弹簧和可持续让位装置的变形,达到吸能的预先设想。同时可持续让位装置的中空结构,使支架能够在能量释放的同时有快速的反应速度和良好的瞬时变形能力。
3)本发明能够满足煤岩体抛出时对于巷道内部人员与设备的保护。根据设计的格栅间排距,合理控制围岩的暴露面积,以起到对于巷道内部人员在冲击地压发生时的生命安全。
4)本发明能够满足支护强度与围岩整体性间的协调关系。将支护锚索固定端转移至吸能释能防冲支架上,避免围岩因锚索受力后产生岩体压裂,保证围岩的整体性,提高围岩自身支护能力。同时通过设计吸能释能防冲支架外部防护钢板面积大小,减少对于围岩的集中应力破坏。
本发明设计合理,易于实现,具有很好的实用价值。
附图说明
图1为本发明联合支护设备安装位置关系图。
图2为本发明联合支护设备安装位置关系正视图。
图3为吸能释能防冲支架安装锚索后的结构示意图。
图4为图1联合支护设备的3处局部放大示意图。
图5为可持续让位防冲吸能装置正视图。
图6为可持续让位防冲吸能装置俯视图。
图7为可持续让位防冲吸能装置沿A-A剖视图。
图8为内侧承压支护钢板加强翼俯视图。
图9为内侧承压支护钢板加强翼正视图。
图10为图3中的B处局部放大图。
图中:1.锚网;2.高预应力让压锚杆;3.方形浅孔;4.吸能释能防冲支架;5.外部防护钢板;6.高强度弹簧;7.固定锚索孔;8.可持续让位防冲吸能装置;9.内侧承压支护钢板;10、10ˊ.预制锚索安装孔;11.固定支腿组成;12.内侧承压支护钢板加强翼。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明做详细的阐述。
如图1-4所示,一种煤矿巷道锚网索棚联合支护方法,包括以下步骤:
步骤1)根据冲击地压危险评估报告与现场钻屑法确定巷道冲击区域及等级。在巷道掘进后,随即在巷道顶板及帮部打锚杆孔,安装高预应力让压锚杆2,高预应力让压锚杆2的长度不小于2400mm,有效让压距离不小于80mm;巷道顶板及帮部挂设金属网1,然后安装锚杆托盘,施加锚杆预紧力,预紧力不小于60kN,快速完成巷道顶板及帮部的基础锚网支护。
步骤2)在基础锚网支护完成后,根据不同的巷道冲击地压危险等级,按照不同的排距在顶板和两帮打锚索孔,两排为一组,具体相邻组间排距为弱冲击危险区域1000mm、中等冲击危险区域800mm、强冲击危险区域600mm;锚索孔深度应能使锚索一端固定在稳定岩石范围内;锚索孔与锚杆孔确保不在同一巷道断面上;同一组中的锚索孔排距应与吸能释能防冲支架4中固定锚索孔7距离一致。
步骤3)以一定排距在巷道两底角施工方形浅孔3,巷道底角方形浅孔3施工的排距与锚索孔组排距相同,深度为200~300mm且大于等于吸能释能防冲支架4中固定支腿11的长度,且与锚索孔处于同一断面上。
步骤4)以巷道底角方形浅孔3为基点安装固定吸能释能防冲支架4位置,并将锚索穿过吸能释能防冲支架4上预留的圆孔安装在锚索孔10、10ˊ中,安装锚索托盘和锁具,施加锚索预紧力,固定吸能释能防冲支架4并吸能释能防冲支架4紧贴巷道围岩。
步骤5)对巷道底角方形浅孔进行混凝土浇筑,混凝土强度应大于等于围岩岩体强度。
步骤6)随着巷道掘进,循环完成步骤1)至步骤5),完成冲击地压巷道的支护。
如图5-10所示,步骤4)中所述吸能释能防冲支架4由外部防护钢板5,内侧承压支护钢板9,可持续让位防冲吸能装置8,高强度弹簧6,固定锚索孔10、10ˊ,固定支腿11组成;所述外部防护钢板5中轴线两侧预制有两排一定规则排布的圆孔10ˊ,用以通过安装锚索;所述内侧承压支护钢板9外形上与外侧防护钢板5基本相同,内侧承压支护钢板中轴线两侧也预制有两排一定规则排布的圆孔10,与外部防护钢板5上的圆孔10ˊ相对应,同样用于安装锚索,内侧承压支护钢板9中轴线两侧有两排按一定排距焊接至内侧承压支护钢板5上的内侧承压支护钢板加强翼12;所述内侧承压支护钢板竖直部分连接固定支腿11;所述可持续让位防冲吸能装置8为内部中空的多级锥台形结构。可持续让位防冲吸能装置8面积大的一端采用焊接的方式固定于内侧承压支护钢板上,另一端与外部防护钢板5之间留有一定的间距,该间距为支架的让压空间(如附图10所示);所述高强度弹簧6通过焊接方式固定于外侧防护钢板5与内侧承压支护钢板9之间,既能保证外部防护钢板5与围岩的紧密接触,提供足够支护强度,也可在冲击地压发生时吸收部分冲击能量。

Claims (6)

1.一种冲击地压巷道吸能释能综合防冲支护方法,其特征在于,具体步骤如下:
步骤1)在巷道掘进后,随即在巷道顶板及帮部打锚杆孔,安装高预应力让压锚杆,巷道顶板及帮部挂设金属网,然后安装锚杆托盘,施加锚杆预紧力,快速完成巷道顶板及帮部的基础锚网支护;
步骤2)在基础锚网支护完成后,根据不同的巷道冲击地压危险等级,按照不同的排距在顶板和两帮打锚索孔,且锚索孔与锚杆孔确保不在同一巷道断面上;
步骤3)以一定排距在巷道两底角施工方形浅孔,巷道底角方形浅孔施工的排距与锚索孔排距相同,且与锚索孔处于同一断面上;
步骤4)以巷道底角方形浅孔为基点安装固定吸能释能防冲支架,并将锚索穿过防冲支架上预留的圆孔安装在锚索孔中,安装锚索托盘和锁具,施加锚索预紧力,固定吸能释能防冲支架并使其紧贴巷道围岩;
步骤5)随着巷道掘进,循环完成步骤1)至步骤4),完成冲击地压巷道的支护。
2.根据权利要求1所述的一种冲击地压巷道吸能释能综合防冲支护方法,其特征在于,步骤1)中所述高预应力让压锚杆的长度不小于2400mm,有效让压距离不小于80mm,预紧力不小于60kN。
3.根据权利要求1所述的一种冲击地压巷道吸能释能综合防冲支护方法,其特征在于,步骤2)中所述的锚索孔的施工排距为弱冲击危险区域1000mm,中等冲击危险区域800mm,强冲击危险区域600mm。
4.根据权利要求1所述的一种冲击地压巷道吸能释能综合防冲支护方法,其特征在于,步骤3)中所述的方形浅孔深度为200~300mm。
5.根据权利要求1所述的一种冲击地压巷道吸能释能综合防冲支护方法,其特征在于,步骤4)中所述的吸能释能防冲支架由外部防护钢板、内侧承压支护钢板、可持续让位防冲吸能装置、高强度弹簧、固定锚索孔、固定支腿组成;所述外部防护钢板和内侧承压支护钢板分别沿长度预制有两排一定规则排布的圆孔,用以安装固定锚索;在支架安装时,所述内侧承压支护钢板和外部防护钢板形成与巷道截面相应的U形,内侧承压支护钢板的底端分别固连有固定支腿,固定支腿插入巷道底板,用以固定内侧承压支护钢板;所述内侧承压支护钢板和外部防护钢板之间间隔安装有可持续让位防冲吸能装置和高强度弹簧,高强度弹簧的两端分别与内侧承压支护钢板和外部防护钢板固连;可持续让位防冲吸能装置为内部中空的多级锥台形结构,可持续让位防冲吸能装置的底端与内侧承压支护钢板固连,顶端与外部防护钢板之间留有一段距离。
6.根据权利要求5所述的一种冲击地压巷道吸能释能综合防冲支护方法,其特征在于,步骤4)中所述吸能释能防冲支架的固定支腿的长度与巷道两底角的方形浅孔的深度相匹配,吸能释能防冲支架的固定支腿放置到巷道底角方形浅孔中后,用混凝土材料填充巷道底角方形浅孔,使固定支腿与巷道底板固结在一起,增加支架的稳定性。
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