CN113482682B - 一种非牛顿流体填充锚杆防治冲击地压的巷道支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非牛顿流体填充锚杆防治冲击地压的巷道支护方法，具体步骤包括：确定采场存在的冲击地压危险区域、确定冲击危险区域的冲击危险等级，并确定所需锚杆强度等级、根据所需锚杆强度等级，预制不同尺寸、规格的空芯锚杆，并调配不同粘稠度的非牛顿流体、选定空芯锚杆补充支护区域并填充非牛顿流体、填充完成后，通过在支护区域一定范围内的顶板深孔爆破对其支护效果进行检验，并根据支护效果调整非牛顿流体材料配比；通过本方法能够消除或减弱冲击地压造成的煤岩结构瞬时变形破坏，从而降低冲击地压发生时的危险性，保证巷道安全性，最终达到安全、高效生产的目的。
Description
技术领域
本发明涉及冲击地压防治技术领域，具体涉及一种非牛顿流体填充锚杆防治冲击地压的巷道支护方法。
背景技术
随着煤炭资源开采的深部化和地质复杂化，冲击地压灾害越来越制约着我国煤矿安全生产，频繁发生的冲击地压事故严重威胁着矿井工作人员的生命安全及社会稳定发展。现有的冲击地压防治技术主要集中在大直径钻孔卸压、煤体卸压爆破、顶板卸压爆破及煤层注水卸压等减弱应力集中方面。
在工程实践中发现，现有的冲击地压危险防治措施在卸压方面具有较好的效果，但这些卸压措施并不能完全消除冲击地压的发生，冲击地压事故仍然时有发生，造成巷道周围煤岩体瞬时变形失稳及破坏。另外，由于地质条件的复杂性，动载因素也是冲击地压发生的主要因素，因此，研究动载及冲击造成的巷道周围煤岩体瞬时变形破坏的控制方法具有重要意义。
非牛顿流体剪切应力与剪切应变率之间不是线性关系，具有剪切增稠特性，即胀流性，其粘度随着剪切速率或剪切应力的增加展现出数量级增加。因此，在巷道受载瞬时失稳或发生冲击失稳时，非牛顿流体填充锚杆抗剪切强度迅速呈数量级增加，可消减巷道的瞬时变形破坏，保证了巷道安全性。同时，对于巷道周围煤岩体的缓慢变形释能过程阻碍较小，相比于传统支护手段，更有利于巷道缓慢变形卸压。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种非牛顿流体填充锚杆防治冲击地压的巷道支护方法，其能够消除或减弱冲击地压造成的煤岩结构瞬时变形破坏，从而降低冲击地压发生时的危险性，保证巷道安全性，最终达到安全、高效生产的目的。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种非牛顿流体填充锚杆防治冲击地压的巷道支护方法，具体包括以下步骤：
S1：确定采场存在的冲击危险区域；
S2：确定冲击危险区域的冲击危险等级，并确定所需锚杆强度等级；
S3：根据所需锚杆强度等级，预制不同尺寸、规格的空芯锚杆，并调配不同粘稠度的非牛顿流体；
S4：选定空芯锚杆补充支护冲击危险区域并填充非牛顿流体；
S5：填充完成后，通过在支护的冲击危险区域一定范围内的顶板深孔爆破，对其支护效果进行检验，并根据支护效果调整非牛顿流体材料配比。
优选地，步骤S2中，利用综合指数法和多因素叠加法，计算冲击危险区域的冲击危险等级，分别划定强冲击危险区域、中等冲击危险区域和弱冲击危险区域共三个等级危险区域。
优选地，步骤S3中，空芯锚杆包括螺纹空芯管体，所述螺纹空芯管体的腔体通过隔板形成U型腔体，U型腔体的两端密封并分别设有注液孔和出液孔，所述注液孔、出液孔旁均设有控制其开合的阀门，所述螺纹空芯管体上还设有用于将其固定在钻孔上的垫片和螺母；
采用进液孔、出液孔设计一方面在注入非牛顿流体时，可利用出液孔进行排气，保证注液的充分性；另一方面，液体回收时，可通过注液孔注入气体等方法挤出液体，实现充填液体快速回收的效果。
优选地，步骤S4中，补充支护区域的步骤为：在巷道顶板及两帮钻孔，并将空芯锚杆安装固定到钻孔中，然后将注液孔及出液孔的阀门打开，将调配好的非牛顿流体利用高压充填装置从注液孔充入空芯锚杆中，待非牛顿流体从出液孔挤出时，将两个阀门关闭，最后安装空芯锚杆上的垫片及螺母，将其锚固在巷道顶板及两帮上。
优选地，步骤S4中，在后期通过钻屑法、应力在线及微震监测到锚固区域冲击危险等级发生改变时，可利用相应规格非牛顿流体替换原有非牛顿流体，另外，当锚固区域巷道废弃时，可对空心锚杆中充填的非牛顿流体进行回收再利用。
优选地，步骤S5中，若深孔爆破前后巷道无明显破坏或变形，说明其支护与防冲效果较好，若深孔爆破前后巷道出现明显破坏或变形，说明支护与防冲效果不好，需要调整非牛顿流体材料配比。
优选地，步骤S5中，通过在支护区域50m范围内的顶板深孔爆破对其支护效果进行检验。
本发明的有益效果在于：该方法利用非牛顿流体的剪切增稠特性，可实现在巷道受载瞬时失稳或发生冲击失稳时，非牛顿流体填充空心锚杆后其抗剪切强度迅速呈数量级增加，消减巷道的瞬时变形破坏，保证巷道安全性；同时，对于巷道周围煤岩体的缓慢变形释能过程阻碍较小，相比于传统支护手段，更有利于采取卸压措施后的冲击危险煤体巷道缓慢变形卸压。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中填充非牛顿流体的空心锚杆的结构示意图；
图2是本发明矩形巷道空心锚杆布设示意图；
图3是本发明马蹄形道空心锚杆布设示意图。
图中：1、螺纹空芯管体；2、隔板；3、非牛顿流体；4、垫片；5、螺母；6、阀门；7、注液孔；8、出液孔；9、巷道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，一种非牛顿流体填充锚杆防治冲击地压的巷道支护方法，具体包括以下步骤：
S1：根据地质及开采技术条件，分析冲击地压各影响因素对采场冲击地压危险的影响作用，确定采场存在的冲击危险区域。
S2：确定冲击危险区域的冲击危险等级，并确定所需锚杆强度等级；利用综合指数法和多因素叠加法，计算冲击危险区域的冲击危险等级，分别划定强冲击危险区域、中等冲击危险区域和弱冲击危险区域共三个等级危险区域；
S3：根据所需锚杆强度等级，预制不同尺寸、规格的空芯锚杆，并调配不同粘稠度的非牛顿流体3；
空芯锚杆包括螺纹空芯管体1，所述螺纹空芯管体1的腔体通过隔板2形成U型腔体，U型腔体的两端密封并分别设有注液孔7和出液孔8，所述注液孔7、出液孔8旁均设有控制其开合的阀门6，所述螺纹空芯管体1上还设有用于将其固定在钻孔上的垫片4和螺母5；
采用进液孔7、出液孔8设计一方面在注入非牛顿流体3时，可利用出液孔8进行排气，保证注液的充分性；另一方面，液体回收时，可通过注液孔7注入气体等方法挤出非牛顿流体3，实现非牛顿流体3快速回收的效果；
S4：选定空芯锚杆补充支护冲击危险区域并填充非牛顿流体3；
补充支护区域的步骤为：在巷道9顶板及两帮钻孔，并将空芯锚杆安装固定到钻孔中，然后将注液孔7及出液孔8的阀门6打开，将调配好的非牛顿流体3利用高压充填装置从注液孔7充入空芯锚杆中，待非牛顿流体3从出液孔8挤出时，将两个阀门6关闭，最后安装空芯锚杆上的垫片4及螺母5，将其锚固在巷道9顶板及两帮上；
S5：填充完成后，通过在支护区域50 m范围内的顶板深孔爆破对其支护效果进行检验，并根据支护效果调整非牛顿流体3材料配比；
若深孔爆破前后巷道9无明显破坏或变形，说明其支护与防冲效果较好，若深孔爆破前后巷道9出现明显破坏或变形，说明支护与防冲效果不好，需要调整非牛顿流体3材料配比。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种非牛顿流体填充锚杆防治冲击地压的巷道支护方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：确定采场存在的冲击危险区域；
S2：确定冲击危险区域的冲击危险等级，并确定所需锚杆强度等级；
S3：根据所需锚杆强度等级，预制不同尺寸、规格的空芯锚杆，并调配不同粘稠度的非牛顿流体（3）；
S4：选定空芯锚杆补充支护冲击危险区域并填充非牛顿流体（3）；
S5：填充完成后，通过在支护的冲击危险区域一定范围内的顶板深孔爆破，对其支护效果进行检验，并根据支护效果调整非牛顿流体（3）材料配比。
2.如权利要求1所述的一种非牛顿流体填充锚杆防治冲击地压的巷道支护方法，其特征在于，步骤S2中，利用综合指数法和多因素叠加法，计算冲击危险区域的冲击危险等级，分别划定强冲击危险区域、中等冲击危险区域和弱冲击危险区域共三个等级危险区域。
3.如权利要求1所述的一种非牛顿流体填充锚杆防治冲击地压的巷道支护方法，其特征在于，步骤S3中的空芯锚杆包括螺纹空芯管体（1），所述螺纹空芯管体（1）的腔体通过隔板（2）形成U型腔体，U型腔体的两端密封并分别设有注液孔（7）和出液孔（8），所述注液孔（7）、出液孔（8）旁均设有控制其开合的阀门（6），所述螺纹空芯管体（1）上还设有用于将其固定在钻孔上的垫片（4）和螺母（5）。
4.如权利要求3所述的一种非牛顿流体填充锚杆防治冲击地压的巷道支护方法，其特征在于，步骤S4中，补充支护区域的步骤为：在巷道顶板及两帮钻孔，并将空芯锚杆安装固定到钻孔中，然后将注液孔（7）及出液孔（8）的阀门（6）打开，将调配好的非牛顿流体（3）利用高压充填装置从注液孔（7）充入空芯锚杆中，待非牛顿流体（3）从出液孔（8）挤出时，将两个阀门（6）关闭，最后安装空芯锚杆上的垫片（4）及螺母（5），将其锚固在巷道顶板及两帮上。
5.如权利要求1所述的一种非牛顿流体填充锚杆防治冲击地压的巷道支护方法，其特征在于，步骤S4中，在后期通过钻屑法、应力在线及微震监测到锚固区域冲击危险等级发生改变时，可利用相应规格非牛顿流体（3）替换原有非牛顿流体（3），另外，当锚固区域巷道废弃时，可对空心锚杆中充填的非牛顿流体（3）进行回收再利用。
6.如权利要求1所述的一种非牛顿流体填充锚杆防治冲击地压的巷道支护方法，其特征在于，步骤S5中，若深孔爆破前后巷道无明显破坏或变形，说明其支护与防冲效果较好，若深孔爆破前后巷道出现明显破坏或变形，说明支护与防冲效果不好，需要调整非牛顿流体（3）材料配比。
7.如权利要求1所述的一种非牛顿流体填充锚杆防治冲击地压的巷道支护方法，其特征在于，步骤S5中，通过在支护区域50m范围内的顶板深孔爆破对其支护效果进行检验。
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