CN111927515A - 抗剪吸能防冲增阻锚索及厚顶煤巷道支卸联耦合防冲方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冲击地压防治技术领域，提供一种抗剪吸能防冲增阻锚索及厚顶煤巷道支卸联耦合防冲方法。该抗剪吸能防冲增阻锚索包括吸能防冲增阻装置、耳式抗剪吸能筒；耳式抗剪吸能筒包括第二外套筒、第二内套筒、金属夹层，金属夹层包括首尾相接的拱形体，相邻拱形体的相接处设有往复弯折的齿状构件。该方法中，首先确定锚支、卸压的施工参数；然后进行巷道顶板锚支施工；接着进行大直径钻孔卸压施工；再进行巷道顶板加长锚索支护施工，形成增阻防冲防冒区、隔震降扰带；最后进行巷道两帮锚支‑卸压施工。本发明能够实现锚索整体让位吸能及抗剪切变形，统一主动防冲的卸压措施和主动防护的锚固措施，实现厚顶煤巷道的锚支‑卸压联合与耦合防冲。

Description

抗剪吸能防冲增阻锚索及厚顶煤巷道支卸联耦合防冲方法

技术领域

本发明涉及煤矿巷道冲击地压防治技术领域，特别是涉及一种抗剪吸能防冲增阻锚索及厚顶煤巷道支卸联耦合防冲方法。

背景技术

冲击地压是煤矿最严重的动力灾害之一，严重威胁井工矿井的安全生产。当前，随着我国煤矿开采深度与开采强度的增加，冲击地压的发生频率与致灾程度都在显著增加。有统计表明，近90％的冲击地压发生在巷道中，特别地，对于厚煤层开采中的全煤巷道掘进，防冲细则第二十九条规定，《冲击地压煤层巷道与硐室布置不应留底煤，如果留有底煤必须采取底板预卸压等专项治理措施》，这样在厚与特厚煤层中就形成了典型的厚煤层沿底托顶煤的煤层巷道。

近年来，厚顶煤巷道冲击地压事故频发，尤其对于中国山东巨野矿区3煤层开采，3煤层厚度约为7.5m，巷道托3.5～4m顶煤掘进。2018～2020年该矿区发生两起巷道单次破坏400m左右、累计死亡25人的严重冲击地压事故。厚顶煤巷道在冲击地压防治方面难题如下：第一，厚顶煤巷道具有顶部煤体强度较低、力学性质易劣化的特点，尤其顶煤厚度在2.5～4m范围内，锚固点距离“顶煤-顶板”间的弱胶结面较近，锚固基础稳定性极差；第二，顶煤与顶板交界面在冲击扰动下易发生剪切滑动失稳，锚杆锚索受到强剪切作用，瞬间剪切破断。以上厚顶煤巷道独有的软弱煤岩介质特性与顶煤易失稳结构就决定了这种沿底板托顶煤掘进的巷道容易发生扰动下的大面积、长距离动力失稳冲击，危害极大。

针对煤巷的冲击地压锚固与卸压防治技术，第一，在锚杆锚索防冲支护方面：公开号为CN 103016035A的中国专利公开了一种煤矿用让位缓冲吸能防冲锚杆索，提供了一种在冲击载荷作用下，可快速实现大幅度压缩变形让位，有效降低冲击能，并减缓冲击载荷作用的煤矿用让位缓冲吸能防冲锚杆索。公开号为CN105298525A的中国专利公开了一种防冲击地压加长锚杆，提供了一种可提高锚杆延伸率、结构简单的防冲击地压加长锚杆。公开号为CN108590720A的中国专利公开了一个用于冲击地压巷道的可续让位防冲支护锚杆，在巷道壁的变形过程中，可使锚杆的长度不受巷道空间的限制，又能发挥防冲吸能的作用，并形成恒定摩擦力，吸收冲击能量，保证锚杆不易断裂。第二，在钻孔卸压方面：公开号为CN103278055A的中国专利公开了一种厚煤层坚硬顶板深孔预裂爆破切顶卸压方法，解决了厚煤层和特厚煤层坚硬顶板悬顶引起的煤柱应力集中及沿空巷道矿压显现强烈等问题。公开号为CN102852522A的中国专利公开了一种煤矿巷道卸压水力压裂方法，根据煤矿巷道内的应力分布规律，以护巷煤柱上方的顶板作为卸压位置，在该卸压位置上采用水力压裂法进行应力转移。公开号为CN105627846A的中国专利公开了一种深孔卸压爆破防治冲击地压的方法，提供一种深孔卸压爆破防治冲击地压的方法，能够充分利用爆破能量，通过对巷帮可能的冲击启动区进行爆破卸压，达到降低巷道冲击地压危险程度的目的。

以上发明专利在主动卸压防冲与防冲锚固支护方面实现了创造性设计，但存在以下不足：①未实现主动防冲的卸压措施和主动防护的锚固措施进行统一设计，从而不能实现锚支-卸压两方面的联合与耦合防冲功能。②吸能让位锚固材料只从理想拉伸角度考虑了锚杆锚索的大变形需求，未考虑抗剪切变形与冲击启动后的剪切吸能；③未将锚杆锚索与煤岩损伤特性、巷道顶底板等特殊结构综合考虑，仅考虑支护体本身，不能满足厚顶煤巷道结构下的防冲需求。

因此，亟需研发一种适合厚顶煤巷道“顶煤-顶板”交界层抗冲剪切的高强抗剪锚索及其锚支-卸压联耦合防冲设计方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种抗剪吸能防冲增阻锚索及厚顶煤巷道支卸联耦合防冲方法，能够实现锚索的整体让位吸能及抗剪切变形，实现主动防冲的卸压措施和主动防护的锚固措施的统一设计，实现厚顶煤巷道在锚支-卸压两方面的联合与耦合防冲。

本发明的技术方案为：

一种抗剪吸能防冲增阻锚索，其特征在于：包括钢绞线锚索、第一粘结剂存储盒、吸能防冲增阻装置、锚索锁具、承压托盘、耳式抗剪吸能筒；

所述吸能防冲增阻装置包括第一外套筒、承载限位基座、第一内套筒、隔热填充层、挤胀摩擦头；所述第一粘结剂存储盒、第一外套筒、承载限位基座、第一内套筒、挤胀摩擦头、锚索锁具、承压托盘依次共轴套装在钢绞线锚索末端；

所述第一粘结剂存储盒为环形柱状；

所述第一外套筒为外圆内圆套筒，所述第一外套筒在首端端面设有与第一外套筒共轴的直径大于钢绞线锚索直径且小于第一外套筒内径的圆形通孔，所述第一外套筒在末端加工有内螺纹；

所述承载限位基座为圆柱体，所述承载限位基座上设有与承载限位基座共轴的直径大于钢绞线锚索直径的圆形通孔，所述承载限位基座在末端端面加工有与所述承载限位基座共轴的内径等于第一内套筒内径且宽度等于第一内套筒壁厚的环状限位凹槽；

所述挤胀摩擦头为首端呈锥形的柱状刚性台，所述挤胀摩擦头上设有与挤胀摩擦头共轴的直径大于钢绞线锚索直径的圆形通孔；

所述第一内套筒坐于环状限位凹槽内，所述隔热填充层设置在第一外套筒与第一内套筒之间，所述挤胀摩擦头在末端通过锚索锁具约束紧固；

所述承压托盘在首端设置为加工有外螺纹的圆柱型连接头，所述承压托盘上设有与承压托盘共轴的直径大于钢绞线锚索直径的圆形通孔，所述承压托盘在末端设置为圆柱体或四棱柱体，所述承压托盘在末端端面设有与承压托盘共轴的六棱孔；

所述第一外套筒的末端与承压托盘的首端通过螺纹相连接；

所述耳式抗剪吸能筒有m个，每个耳式抗剪吸能筒均包括第二外套筒、第二内套筒、设置在第二外套筒与第二内套筒之间的金属夹层；

每个耳式抗剪吸能筒的第二外套筒、第二内套筒均共轴，所述第二内套筒的内径大于所述钢绞线锚索的直径，所述第二外套筒的外径小于所述第一外套筒的外径；第1、2、…、m个耳式抗剪吸能筒的第二内套筒依次共轴套装在钢绞线锚索首端，第1、2、…、m-1个耳式抗剪吸能筒中相邻两个耳式抗剪吸能筒之间均设置有减摩垫圈，第m-1个耳式抗剪吸能筒与第m个耳式抗剪吸能筒之间设有第二粘结剂存储盒；

所述金属夹层包括n个首尾相接的拱形体，每个拱形体的外侧壁均与所述第二外套筒的内侧壁焊接，相邻两个拱形体的相接处均设有往复弯折的齿状构件，所述齿状构件的远离拱形体的那一端与所述第二内套筒的外侧壁焊接，所述拱形体、齿状构件、第二内套筒均与第二外套筒长度相同。

进一步的，n＝6。

进一步的，所述拱形体的垂直于第二内套筒轴线的截面为半圆环形或开口三角形或波浪形。

一种使用上述抗剪吸能防冲增阻锚索进行厚顶煤巷道支卸联耦合防冲的方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：确定锚支的施工参数

确定厚顶煤巷道的顶煤与顶板交界面的位置；根据工况条件来设计抗剪吸能防冲增阻锚索的参数包括钢绞线锚索的直径、长度，第一外套筒、第一内套筒、第二外套筒的内径、壁厚、长度、材质，确定第一外套筒与承压托盘之间螺纹连接的强度；共设计两种抗剪吸能防冲增阻锚索包括第一抗剪吸能防冲增阻锚索、长度大于第一抗剪吸能防冲增阻锚索的长度的第二抗剪吸能防冲增阻锚索；根据钢绞线锚索的拉拔屈服力计算吸能防冲增阻装置的吸能阻力值；

步骤2：确定大直径钻孔卸压的施工参数

确定大直径钻孔卸压的施工参数包括大直径卸压孔的直径、长度、倾角；

步骤3：进行巷道顶板锚支施工

在巷道顶板打设第一抗剪吸能防冲增阻锚索的钻孔：选择与第一外套筒尺寸相匹配的钻头来打设大钻孔，当大钻孔深度达到第一外套筒的长度时，更换与第二外套筒尺寸相匹配的钻头来打设中钻孔；当中钻孔深度超过顶煤与顶板交界面时，更换与钢绞线锚索的直径相匹配的钻头来打设小钻孔至钢绞线锚索的设计深度；

安装第一抗剪吸能防冲增阻锚索：采用树脂锚固剂将钢绞线锚索的首端安装于小钻孔的底部；从中钻孔的底部依次安装第1、2、…、m个耳式抗剪吸能筒，其中，在钢绞线锚索上第1、2、…、m-1个耳式抗剪吸能筒中相邻两个耳式抗剪吸能筒之间均套装减摩垫圈，在钢绞线锚索上第m-1个耳式抗剪吸能筒与第m个耳式抗剪吸能筒之间套装第二粘结剂存储盒；顶压第m个耳式抗剪吸能筒，从而顶压第二粘结剂存储盒，粘结剂流出，待粘结剂凝固完成，固定耳式抗剪吸能筒于中钻孔内；将第一粘结剂存储盒套装于钢绞线锚索，放置于大钻孔底部；安装吸能防冲增阻装置；张拉钢绞线锚索，安装锚索锁具以施加初始预紧力，从而顶压第一粘结剂存储盒，粘结剂流出，待粘结剂凝固完成，固定第一外套筒于大钻孔内并封堵第一外套筒首端端面的通孔；采用与所述六棱孔相配套的机具，全自动旋拧安装承压托盘，以再次施加预紧力；

其中，一排第一抗剪吸能防冲增阻锚索中，左右两侧最靠近巷道帮部的第一抗剪吸能防冲增阻锚索均与水平线呈75°角，其余第一抗剪吸能防冲增阻锚索均垂直于巷道顶板；

步骤4：进行大直径钻孔卸压的施工

根据大直径卸压孔的直径、长度、倾角，沿着顶煤帮角斜向巷道两侧与水平线呈75°角，从顶煤向顶板打设大直径卸压孔；

步骤5：进行巷道顶板加长锚索支护施工

按照与步骤3中第一抗剪吸能防冲增阻锚索相同的钻孔打设方法，在一排第一抗剪吸能防冲增阻锚索中左右两侧最靠近巷道帮部的第一抗剪吸能防冲增阻锚索的靠近巷道帮部的一侧，分别打设第二抗剪吸能防冲增阻锚索的钻孔，所述第二抗剪吸能防冲增阻锚索的钻孔与对应侧的大直径卸压孔相交；

按照与步骤3中第一抗剪吸能防冲增阻锚索相同的安装方法，安装第二抗剪吸能防冲增阻锚索；

至此，形成一区一带，即在巷道两侧的大直径卸压孔以上的顶煤区域及该区域内的锚支结构形成增阻防冲防冒区、在大直径卸压孔所在的区域形成隔震降扰带；

步骤6：进行巷道两帮锚支-卸压施工。

进一步的，所述步骤3中，进行巷道顶板锚支施工，还包括：在一排第一抗剪吸能防冲增阻锚索中左右两侧最靠近巷道帮部的第一抗剪吸能防冲增阻锚索之间设置垂直于巷道顶板的多个基本支护锚杆；

所述步骤6中，进行巷道两帮锚支-卸压施工包括：采用基本支护锚索、基本支护锚杆、金属网和钢带对巷道两帮进行基本支护，在巷道两帮开设垂直于帮部的巷帮卸压钻孔，在巷帮卸压钻孔的底部开设防冲吸能掏槽；其中，巷道两帮靠近顶板的基本支护锚杆向上倾斜15°，巷道两帮靠近底板的基本支护锚杆向下倾斜30°，基本支护锚索、巷道两帮其余基本支护锚杆均垂直于所在帮部。

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过在钢绞线锚索首端设置耳式抗剪吸能筒，能够在冲击动载发生时，有效吸收顶板煤层与岩层间错动产生的剪切能量，使锚索最大限度地发挥作用，有效防止顶板煤层与岩层间错动导致锚索被剪断。

(2)本发明通过在钢绞线锚索末端设置吸能防冲增阻装置，能够在冲击动载发生时，通过挤胀摩擦头的位移使第一内套筒内径扩大，实现整体让位吸能，有效避免冲击过载、支护结构失效。

(3)本发明通过在厚顶煤巷道顶板设置一排第一抗剪吸能防冲增阻锚索，能够实现对巷道的稳定支护，增强巷道顶板的稳定性；在巷道稳定支护的基础上，对巷道侧面来压预设大直径钻孔卸压，能够降低冲击地压扰动；在卸压施工后，设置与大直径卸压孔相交的加长的第二抗剪吸能防冲增阻锚索，能够解决卸压之后引起的巷道围岩弱化问题；通过结合抗剪吸能防冲增阻锚索支护与大直径钻孔卸压，将巷道断面整体划分为一区一带，即在巷道两侧的大直径卸压孔以上的顶煤区域及该区域内的锚支结构形成增阻防冲防冒区、在大直径卸压孔所在的区域形成隔震降扰带，能够实现主动防冲的卸压措施和主动防护的锚固措施的统一设计，从而实现锚支-卸压两方面的联合与耦合防冲。

(4)本发明的支护设备及方法能够提高锚索的整体延展性及抗剪切能力，能够吸收冲击能量、避免锚索因受剪切力破断导致支护失效，而且将锚杆锚索与煤岩损伤特性、巷道顶底板等特殊结构综合考虑，能够满足厚顶煤巷道结构下的防冲需求，在动载冲击发生时能够起到有效的整体支护效果、有效防治冲击地压。

附图说明

图1为本发明的抗剪吸能防冲增阻锚索的结构示意图。

图2为本发明的吸能防冲增阻装置的结构示意图。

图3为本发明的一个实施例中耳式抗剪吸能筒的结构示意图。

图4为图3中耳式抗剪吸能筒的a-a向剖视图。

图5为本发明的另一个实施例中耳式抗剪吸能筒的结构示意图。

图6为本发明的厚顶煤巷道支卸联耦合防冲方法中巷道卸压-支护的安装状态断面图。

图7为本发明的厚顶煤巷道支卸联耦合防冲方法中巷道卸压-支护的受冲后状态示意图。

图8为本发明的厚顶煤巷道支卸联耦合防冲方法中巷道卸压-支护的巷道掘进推进方向示意图。

图中，1－承压托盘，2－六棱孔，3－圆柱型连接头，4－钢绞线锚索，5－让位行程刻度卡，6－第一外套筒，7－锚索锁具，8－挤胀摩擦头，9－第一内套筒，10－隔热填充层，11－承载限位基座，12－环状限位凹槽，13－第一粘结剂存储盒；14－第二外套筒，15－拱形体，16－齿状构件，17－第二内套筒；18—煤层，19—顶板，20—底板，21—顶煤与顶板交界面，22—第一抗剪吸能防冲增阻锚索，23—第二抗剪吸能防冲增阻锚索，24—大直径卸压孔；25—基本支护锚索，26—基本支护锚杆，27—巷帮卸压钻孔，28—防冲吸能掏槽；29—冲击扰动载荷，30—冲击扰动后的顶煤与顶板交界面，31—冲击扰动后的大直径卸压孔，32—巷道掘进方向。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步描述。

如图1所示，为本发明的抗剪吸能防冲增阻锚索的结构示意图。本发明的抗剪吸能防冲增阻锚索，包括钢绞线锚索4、第一粘结剂存储盒13、吸能防冲增阻装置、锚索锁具7、承压托盘1、耳式抗剪吸能筒。

如图2所示，所述吸能防冲增阻装置包括第一外套筒6、承载限位基座11、第一内套筒9、隔热填充层10、挤胀摩擦头8；所述第一粘结剂存储盒13、第一外套筒6、承载限位基座11、第一内套筒9、挤胀摩擦头8、锚索锁具7、承压托盘1依次共轴套装在钢绞线锚索4末端；

所述第一粘结剂存储盒13为环形柱状；

所述第一外套筒6为外圆内圆套筒，所述第一外套筒6在首端端面设有与第一外套筒6共轴的直径大于钢绞线锚索4直径且小于第一外套筒6内径的圆形通孔，所述第一外套筒6在末端加工有内螺纹；

所述承载限位基座11为圆柱体，所述承载限位基座11上设有与承载限位基座11共轴的直径大于钢绞线锚索4直径的圆形通孔，所述承载限位基座11在末端端面加工有与所述承载限位基座11共轴的内径等于第一内套筒9内径且宽度等于第一内套筒9壁厚的环状限位凹槽12；

所述挤胀摩擦头8为首端呈锥形的柱状刚性台，所述挤胀摩擦头8上设有与挤胀摩擦头8共轴的直径大于钢绞线锚索4直径的圆形通孔；

所述第一内套筒9坐于环状限位凹槽12内，所述隔热填充层10设置在第一外套筒6与第一内套筒9之间，所述挤胀摩擦头8在末端通过锚索锁具7约束紧固；

所述承压托盘1在首端设置为加工有外螺纹的圆柱型连接头3，所述承压托盘1上设有与承压托盘1共轴的直径大于钢绞线锚索4直径的圆形通孔，所述承压托盘1在末端设置为圆柱体或四棱柱体，所述承压托盘1在末端端面设有与承压托盘1共轴的六棱孔2；

所述第一外套筒6的末端与承压托盘1的首端通过螺纹相连接。

其中，第一粘结剂存储盒13内的粘结剂可以根据需求进行选择，可以为A-B型混凝胶，也可以为其他胶体。本实施例中，钢绞线锚索4还在末端外壁上轴向设置有让位行程刻度卡5，可根据工况条件来设计让位行程刻度卡5的材质、量程。

所述耳式抗剪吸能筒有m个，每个耳式抗剪吸能筒均包括第二外套筒14、第二内套筒17、设置在第二外套筒14与第二内套筒17之间的金属夹层；

每个耳式抗剪吸能筒的第二外套筒14、第二内套筒17均共轴，所述第二内套筒17的内径大于所述钢绞线锚索4的直径，所述第二外套筒14的外径小于所述第一外套筒6的外径；第1、2、…、m个耳式抗剪吸能筒的第二内套筒17依次共轴套装在钢绞线锚索4首端，第1、2、…、m-1个耳式抗剪吸能筒中相邻两个耳式抗剪吸能筒之间均设置有减摩垫圈，第m-1个耳式抗剪吸能筒与第m个耳式抗剪吸能筒之间设有第二粘结剂存储盒；

所述金属夹层包括n个首尾相接的拱形体15，每个拱形体15的外侧壁均与所述第二外套筒14的内侧壁焊接，相邻两个拱形体15的相接处均设有往复弯折的齿状构件16，所述齿状构件16的远离拱形体15的那一端与所述第二内套筒17的外侧壁焊接，所述拱形体15、齿状构件16、第二内套筒17均与第二外套筒14长度相同。

如图3和图4所示，本实施例中，n＝6，即金属夹层包括6个首尾相接的拱形体15，所述拱形体15的垂直于第二内套筒17轴线的截面为半圆环形。此外，所述拱形体15的垂直于第二内套筒17轴线的截面也可以为如图5所示的开口三角形，也可以是波浪形。

本实施例中，使用本发明的上述抗剪吸能防冲增阻锚索进行某厚顶煤巷道的支卸联耦合防冲，得到巷道卸压-支护的安装状态断面图如图6所示。具体的，本发明的厚顶煤巷道支卸联耦合防冲方法，包括下述步骤：

步骤1：确定锚支的施工参数

根据钻孔窥视仪，确定厚顶煤巷道的煤层18中顶煤与顶板交界面21的位置；根据工况条件来设计抗剪吸能防冲增阻锚索的参数包括钢绞线锚索4的直径、长度，第一外套筒6、第一内套筒9、第二外套筒14的内径、壁厚、长度、材质，确定第一外套筒6与承压托盘1之间螺纹连接的强度；共设计两种抗剪吸能防冲增阻锚索包括第一抗剪吸能防冲增阻锚索22、长度大于第一抗剪吸能防冲增阻锚索22的长度的第二抗剪吸能防冲增阻锚索23；根据钢绞线锚索4的拉拔屈服力计算吸能防冲增阻装置的吸能阻力值。

步骤2：确定大直径钻孔卸压的施工参数

确定大直径钻孔卸压的施工参数包括大直径卸压孔24的直径、长度、倾角。

步骤3：进行巷道顶板锚支施工

在巷道顶板打设第一抗剪吸能防冲增阻锚索22的钻孔：选择与第一外套筒6尺寸相匹配的钻头来打设大钻孔，当大钻孔深度达到第一外套筒6的长度时，更换与第二外套筒14尺寸相匹配的钻头来打设中钻孔；当中钻孔深度超过顶煤与顶板交界面21时，更换与钢绞线锚索4的直径相匹配的钻头来打设小钻孔至钢绞线锚索4的设计深度；

安装第一抗剪吸能防冲增阻锚索22：采用树脂锚固剂将钢绞线锚索4的首端安装于小钻孔的底部；从中钻孔的底部依次安装第1、2、…、m个耳式抗剪吸能筒，其中，在钢绞线锚索4上第1、2、…、m-1个耳式抗剪吸能筒中相邻两个耳式抗剪吸能筒之间均套装减摩垫圈，在钢绞线锚索4上第m-1个耳式抗剪吸能筒与第m个耳式抗剪吸能筒之间套装第二粘结剂存储盒；顶压第m个耳式抗剪吸能筒，从而顶压第二粘结剂存储盒，粘结剂流出，待粘结剂凝固完成，固定耳式抗剪吸能筒于中钻孔内；将第一粘结剂存储盒13套装于钢绞线锚索4，放置于大钻孔底部；安装吸能防冲增阻装置；张拉钢绞线锚索4，安装锚索锁具7以施加初始预紧力，从而顶压第一粘结剂存储盒13，粘结剂流出，待粘结剂凝固完成，固定第一外套筒6于大钻孔内并封堵第一外套筒6首端端面的通孔；采用与所述六棱孔相配套的机具，全自动旋拧安装承压托盘1，以再次施加预紧力；

其中，一排第一抗剪吸能防冲增阻锚索22中，左右两侧最靠近巷道帮部的第一抗剪吸能防冲增阻锚索22均与水平线呈75°角，其余第一抗剪吸能防冲增阻锚索22均垂直于巷道顶板。

本实施例中，进行巷道顶板锚支施工，还包括：在一排第一抗剪吸能防冲增阻锚索22中左右两侧最靠近巷道帮部的第一抗剪吸能防冲增阻锚索22之间设置垂直于巷道顶板的多个基本支护锚杆26。

步骤4：进行大直径钻孔卸压的施工

根据大直径卸压孔24的直径、长度、倾角，沿着顶煤帮角斜向巷道两侧与水平线呈75°角，从顶煤向顶板19打设大直径卸压孔24；

步骤5：进行巷道顶板加长锚索支护施工

按照与步骤3中第一抗剪吸能防冲增阻锚索22相同的钻孔打设方法，在一排第一抗剪吸能防冲增阻锚索22中左右两侧最靠近巷道帮部的第一抗剪吸能防冲增阻锚索22的靠近巷道帮部的一侧，分别打设第二抗剪吸能防冲增阻锚索23的钻孔，所述第二抗剪吸能防冲增阻锚索23的钻孔与对应侧的大直径卸压孔24相交；

按照与步骤3中第一抗剪吸能防冲增阻锚索22相同的安装方法，安装第二抗剪吸能防冲增阻锚索23；

至此，形成一区一带，即在巷道两侧的大直径卸压孔24以上的顶煤区域及该区域内的锚支结构形成增阻防冲防冒区、在大直径卸压孔24所在的区域形成隔震降扰带。

步骤6：进行巷道两帮锚支-卸压施工。

本实施例中，采用基本支护锚索25、基本支护锚杆26、金属网和钢带对巷道两帮进行基本支护，在巷道两帮开设垂直于帮部的巷帮卸压钻孔27，在巷帮卸压钻孔27的底部开设防冲吸能掏槽28；其中，巷道两帮靠近顶板19的基本支护锚杆26向上倾斜15°，巷道两帮靠近底板20的基本支护锚杆26向下倾斜30°，基本支护锚索25、巷道两帮其余基本支护锚杆26均垂直于所在帮部。其中，基本支护锚杆26为高强高冲击韧性锚杆全锚支护。

如图6、图7、图8所示，本发明沿着巷道掘进方向32进行大直径卸压倾向断顶与锚索支护，形成一区一带，对巷道进行分区治理。

本发明在厚顶煤巷道顶板设置的一排第一抗剪吸能防冲增阻锚索，实现了对巷道的稳定支护，增强了巷道顶板的稳定性。如图7和图8所示，当冲击地压发生时，在冲击扰动载荷29的作用下，岩层应力释放使附近巷道的围岩应力突然增大，围岩发生较大变形，本发明的耳式抗剪吸能筒中第二外套筒14受到压力直接作用到内部拱形体15，拱形体15受到挤压发生变形，同时往复弯折的齿状构件16吸能压缩，防止锚索体受到剪切力而破断，保证锚索体支护的稳定性。在施工中，由于吸能防冲增阻装置刚度较大，能够起到对巷道的支护作用，当锚索受到冲击等强载荷时，吸能防冲增阻装置中的第一内套筒9在刚性挤胀摩擦头8的瞬间扩胀作用下，发生扩径塑性变形产生滑移阻力，锚索整体吸收冲击能量，最大限度地保证巷道在受冲时的正常使用，保障企业安全生产。同时锚杆与锚索配合，缓解单一锚杆支护的压力。

在巷道稳定支护的基础上，预设的大直径卸压孔24在冲击地压扰动发生时，实现卸压功能，降低了冲击地压扰动。同时，与大直径卸压孔24相交的加长的第二抗剪吸能防冲增阻锚索23，实现了对冲击扰动后的大直径卸压孔31周围岩体的吸能防冲支护，解决了卸压之后引起的巷道围岩弱化问题。由图7可以看出，冲击扰动后的顶煤与顶板交界面30的结构相对完整，本发明的抗剪吸能防冲增阻锚索及使用该抗剪吸能防冲增阻锚索进行厚顶煤巷道支卸联耦合防冲的方法的作用效果明显，能够增强巷道顶板的稳定性，有效防治冲击地压。

显然，上述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。上述实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。基于上述实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，也即凡在本申请的精神和原理之内所作的所有修改、等同替换和改进等，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种抗剪吸能防冲增阻锚索，其特征在于：包括钢绞线锚索(4)、第一粘结剂存储盒(13)、吸能防冲增阻装置、锚索锁具(7)、承压托盘(1)、耳式抗剪吸能筒；

所述吸能防冲增阻装置包括第一外套筒(6)、承载限位基座(11)、第一内套筒(9)、隔热填充层(10)、挤胀摩擦头(8)；所述第一粘结剂存储盒(13)、第一外套筒(6)、承载限位基座(11)、第一内套筒(9)、挤胀摩擦头(8)、锚索锁具(7)、承压托盘(1)依次共轴套装在钢绞线锚索(4)末端；

所述第一粘结剂存储盒(13)为环形柱状；

所述第一外套筒(6)为外圆内圆套筒，所述第一外套筒(6)在首端端面设有与第一外套筒(6)共轴的直径大于钢绞线锚索(4)直径且小于第一外套筒(6)内径的圆形通孔，所述第一外套筒(6)在末端加工有内螺纹；

所述承载限位基座(11)为圆柱体，所述承载限位基座(11)上设有与承载限位基座(11)共轴的直径大于钢绞线锚索(4)直径的圆形通孔，所述承载限位基座(11)在末端端面加工有与所述承载限位基座(11)共轴的内径等于第一内套筒(9)内径且宽度等于第一内套筒(9)壁厚的环状限位凹槽(12)；

所述挤胀摩擦头(8)为首端呈锥形的柱状刚性台，所述挤胀摩擦头(8)上设有与挤胀摩擦头(8)共轴的直径大于钢绞线锚索(4)直径的圆形通孔；

所述第一内套筒(9)坐于环状限位凹槽(12)内，所述隔热填充层(10)设置在第一外套筒(6)与第一内套筒(9)之间，所述挤胀摩擦头(8)在末端通过锚索锁具(7)约束紧固；

所述承压托盘(1)在首端设置为加工有外螺纹的圆柱型连接头(3)，所述承压托盘(1)上设有与承压托盘(1)共轴的直径大于钢绞线锚索(4)直径的圆形通孔，所述承压托盘(1)在末端设置为圆柱体或四棱柱体，所述承压托盘(1)在末端端面设有与承压托盘(1)共轴的六棱孔(2)；

所述第一外套筒(6)的末端与承压托盘(1)的首端通过螺纹相连接；

所述耳式抗剪吸能筒有m个，每个耳式抗剪吸能筒均包括第二外套筒(14)、第二内套筒(17)、设置在第二外套筒(14)与第二内套筒(17)之间的金属夹层；

每个耳式抗剪吸能筒的第二外套筒(14)、第二内套筒(17)均共轴，所述第二内套筒(17)的内径大于所述钢绞线锚索(4)的直径，所述第二外套筒(14)的外径小于所述第一外套筒(6)的外径；第1、2、…、m个耳式抗剪吸能筒的第二内套筒(17)依次共轴套装在钢绞线锚索(4)首端，第1、2、…、m-1个耳式抗剪吸能筒中相邻两个耳式抗剪吸能筒之间均设置有减摩垫圈，第m-1个耳式抗剪吸能筒与第m个耳式抗剪吸能筒之间设有第二粘结剂存储盒；

所述金属夹层包括n个首尾相接的拱形体(15)，每个拱形体(15)的外侧壁均与所述第二外套筒(14)的内侧壁焊接，相邻两个拱形体(15)的相接处均设有往复弯折的齿状构件(16)，所述齿状构件(16)的远离拱形体(15)的那一端与所述第二内套筒(17)的外侧壁焊接，所述拱形体(15)、齿状构件(16)、第二内套筒(17)均与第二外套筒(14)长度相同。

2.根据权利要求1所述的抗剪吸能防冲增阻锚索，其特征在于，n＝6。

3.根据权利要求1所述的抗剪吸能防冲增阻锚索，其特征在于，所述拱形体(15)的垂直于第二内套筒(17)轴线的截面为半圆环形或开口三角形或波浪形。

4.一种使用如权利要求1至3中任一项所述的抗剪吸能防冲增阻锚索进行厚顶煤巷道支卸联耦合防冲的方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：确定锚支的施工参数

确定厚顶煤巷道的顶煤与顶板交界面(21)的位置；根据工况条件来设计抗剪吸能防冲增阻锚索的参数包括钢绞线锚索(4)的直径、长度，第一外套筒(6)、第一内套筒(9)、第二外套筒(14)的内径、壁厚、长度、材质，确定第一外套筒(6)与承压托盘(1)之间螺纹连接的强度；共设计两种抗剪吸能防冲增阻锚索包括第一抗剪吸能防冲增阻锚索(22)、长度大于第一抗剪吸能防冲增阻锚索(22)的长度的第二抗剪吸能防冲增阻锚索(23)；根据钢绞线锚索(4)的拉拔屈服力计算吸能防冲增阻装置的吸能阻力值；

步骤2：确定大直径钻孔卸压的施工参数

确定大直径钻孔卸压的施工参数包括大直径卸压孔(24)的直径、长度、倾角；

步骤3：进行巷道顶板锚支施工

在巷道顶板打设第一抗剪吸能防冲增阻锚索(22)的钻孔：选择与第一外套筒(6)尺寸相匹配的钻头来打设大钻孔，当大钻孔深度达到第一外套筒(6)的长度时，更换与第二外套筒(14)尺寸相匹配的钻头来打设中钻孔；当中钻孔深度超过顶煤与顶板交界面(21)时，更换与钢绞线锚索(4)的直径相匹配的钻头来打设小钻孔至钢绞线锚索(4)的设计深度；

安装第一抗剪吸能防冲增阻锚索(22)：采用树脂锚固剂将钢绞线锚索(4)的首端安装于小钻孔的底部；从中钻孔的底部依次安装第1、2、…、m个耳式抗剪吸能筒，其中，在钢绞线锚索(4)上第1、2、…、m-1个耳式抗剪吸能筒中相邻两个耳式抗剪吸能筒之间均套装减摩垫圈，在钢绞线锚索(4)上第m-1个耳式抗剪吸能筒与第m个耳式抗剪吸能筒之间套装第二粘结剂存储盒；顶压第m个耳式抗剪吸能筒，从而顶压第二粘结剂存储盒，粘结剂流出，待粘结剂凝固完成，固定耳式抗剪吸能筒于中钻孔内；将第一粘结剂存储盒(13)套装于钢绞线锚索(4)，放置于大钻孔底部；安装吸能防冲增阻装置；张拉钢绞线锚索(4)，安装锚索锁具(7)以施加初始预紧力，从而顶压第一粘结剂存储盒(13)，粘结剂流出，待粘结剂凝固完成，固定第一外套筒(6)于大钻孔内并封堵第一外套筒(6)首端端面的通孔；采用与所述六棱孔相配套的机具，全自动旋拧安装承压托盘(1)，以再次施加预紧力；

其中，一排第一抗剪吸能防冲增阻锚索(22)中，左右两侧最靠近巷道帮部的第一抗剪吸能防冲增阻锚索(22)均与水平线呈75°角，其余第一抗剪吸能防冲增阻锚索(22)均垂直于巷道顶板；

步骤4：进行大直径钻孔卸压的施工

根据大直径卸压孔(24)的直径、长度、倾角，沿着顶煤帮角斜向巷道两侧与水平线呈75°角，从顶煤向顶板打设大直径卸压孔(24)；

步骤5：进行巷道顶板加长锚索支护施工

按照与步骤3中第一抗剪吸能防冲增阻锚索(22)相同的钻孔打设方法，在一排第一抗剪吸能防冲增阻锚索(22)中左右两侧最靠近巷道帮部的第一抗剪吸能防冲增阻锚索(22)的靠近巷道帮部的一侧，分别打设第二抗剪吸能防冲增阻锚索(23)的钻孔，所述第二抗剪吸能防冲增阻锚索(23)的钻孔与对应侧的大直径卸压孔(24)相交；

按照与步骤3中第一抗剪吸能防冲增阻锚索(22)相同的安装方法，安装第二抗剪吸能防冲增阻锚索(23)；

至此，形成一区一带，即在巷道两侧的大直径卸压孔(24)以上的顶煤区域及该区域内的锚支结构形成增阻防冲防冒区、在大直径卸压孔(24)所在的区域形成隔震降扰带；

步骤6：进行巷道两帮锚支-卸压施工。

5.根据权利要求4所述的使用抗剪吸能防冲增阻锚索进行厚顶煤巷道支卸联耦合防冲的方法，其特征在于，

所述步骤3中，进行巷道顶板锚支施工，还包括：在一排第一抗剪吸能防冲增阻锚索(22)中左右两侧最靠近巷道帮部的第一抗剪吸能防冲增阻锚索(22)之间设置垂直于巷道顶板的多个基本支护锚杆(26)；

所述步骤6中，进行巷道两帮锚支-卸压施工包括：采用基本支护锚索(25)、基本支护锚杆(26)、金属网和钢带对巷道两帮进行基本支护，在巷道两帮开设垂直于帮部的巷帮卸压钻孔(27)，在巷帮卸压钻孔(27)的底部开设防冲吸能掏槽(28)；其中，巷道两帮靠近顶板的基本支护锚杆(26)向上倾斜15°，巷道两帮靠近底板的基本支护锚杆(26)向下倾斜30°，基本支护锚索(25)、巷道两帮其余基本支护锚杆(26)均垂直于所在帮部。

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