煤矿冲击地压巷道三级吸能支护的强度计算方法

针对冲击危险巷道防冲吸能支护缺乏量化设计方法这一难题,从冲击地压巷道围岩的静-动力学环境与结构特征两方面,开展防冲吸能支护强度计算方法研究。研究表明：由于支护与卸压双重作用,巷道周围形成了以巷内支护层、锚固层、卸压层以及原岩层为主的多层圆环结构,各层圆环内的围岩材料性能在巷道围岩径向方向形成典型的梯度结构特征。基于拟静态法,将远场冲击动载荷与围岩静载荷叠加,通过简化锚固层内锚杆（索）支护作用,弱化卸压层内煤岩力学参数,建立了冲击地压巷道围岩梯度结构力学模型。利用梯度结构内多层圆环接触面上的应力计算方法,进行了梯度结构围岩内多层圆环接触面间的受力分析,验证了弱化卸压层内的煤岩力学性能、增加卸压层的结构尺寸、提高锚固层的支护强度,可减小冲击载荷对巷内支护层的作用,提高巷内支护层的抗冲击能力。引入冲击破坏等级系数,建立了吸能防冲支护强度与冲击地压等级间的关系,给出了冲击危险巷道三级吸能防冲支护的强度计算方法,实现了冲击危险巷道吸能防冲支护参数的量化设计。结合某矿具体工程实践,核算了该矿所采用的“锚杆（索）+可缩性36U棚支架+液压抬棚和吸能液压支架”三级吸能防冲支参数最大能够抵抗等级为2级（相当于震源距离巷道100 m,释放108 J能量）的冲击地压。     

冲击地压危险区域巷道三级吸能支护探索与应用

以峻德煤矿为研究对象,借鉴国内冲击地压矿井三级吸能支护体系的成功经验,分析了三级吸能支护体系防冲机理和实施条件,结合峻德矿区93172综放工作面冲击地压的实际情况,研发出一级支护围岩喷射混凝土、二级支护U型棚和三级微拱形液压单体框架吸能结构的支护技术,并在该矿冲击地压危险区域巷道支护中进行了实践应用,取得了良好效果。     

吸能耦合支护模型在冲击地压巷道中应用研究

对冲击地压巷道围岩破坏原因和机理进行分析,建立了冲击吸能耦合支护模型(围岩-吸能材料-钢支架),分析了吸能耦合支护结构冲击能耗散机理,提出了冲击地压巷道吸能耦合支护方式,并提出建立安全巷道或部分安全区供避难场所.利用有限元计算方法,对直墙半圆拱形巷道吸能耦合支护前后应力和变形进行了数值分析.计算结果表明,无支护条件下,巷道顶、底部均形成应力集中区,顶角处应力最大,极易造成巷道两肩破坏;采用吸能耦合支护后,应力发生转移和扩散,围岩应力场和位移场趋于均匀化,应力集中区向两帮扩大,同时巷道整体变形明显降低,从而提高了冲击地压巷道安全程度,为巷道围岩安全支护提供了一种新方法.     

冲击地压矿井巷道支护理论研究及应用

针对现有支护理论、支护方法不能有效解决煤矿巷道冲击地压的问题,建立了冲击地压作用下的巷道围岩与支护响应的动力学模型,分析了支护刚度和支护阻尼对上覆岩体动力响应的影响,并由此提出了冲击地压矿井巷道支护设计的两个新思路,即提高支护刚度和快速吸能让位支护。其中,提高支护刚度主要以研制高强度的巷道液压支架为主,通过采用刚度较大的梁体和工作阻力较高的液压支柱来增加支护体系的整体刚度;快速吸能让位支护则采用多孔泡沫金属材料或吸能构件来增大支护中的阻尼系数,即利用其优异的吸能特性使支护体系能够在围岩冲击下快速吸收冲击能并稳定地变形让位,最终防止支护体系失效与巷道破坏,并据此研发了一种新型防冲吸能巷道液压支架并准备进行现场试验研究。     

煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术

建立了冲击地压巷道“应力-围岩-支护”力学模型,得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力,停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。 基于巷道围岩与支护体动力响应分析发现,冲击地压发生过程中围岩阻尼特性、锚固岩体的抗冲击吸能特性及巷内支护体的阻尼及刚度对冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性具有重要影响。 提出巷道冲击地压防冲支护应从静-动力学两个角度,同时考虑“启动—破坏—停止”全过程。① 在冲击启动前,依据冲击启动的应力条件降低煤体应力,减少弹性能积聚,提高支护阻力,增加启动难度;② 依据冲击停止的能量条件,在冲击过程中,通过改变煤岩体结构与介质属性,吸收或消耗冲击能;③ 在冲击应力波传播的末端,通过提高巷内支护结构阻尼吸收剩余冲击能,减弱冲击应力波对巷道支护结构的破坏。提出冲击地压巷道支护结构应具有让压可缩与吸能特性,防冲支护应根据冲击地压能量特性进行分级设计。 研发了吸能锚杆索、吸能O型棚、吸能液压支架等吸能支护装备,利用吸能构件的结合及功能互补特性建立了三级吸能支护体系,三级吸能支护系统具有径向让位、环向可缩以及轴向稳定特性,实现了冲击地压巷道三维立体吸能支护。     

陈家沟煤矿冲击地压巷道支护抗震性能评估

基于冲击地压能量理论,推导冲击地压巷道在震源扰动时失稳冲击破坏的能量判别准则,提出冲击地压巷道支护能量评估方法,以支护系统吸收能量与冲击发生后巷道围岩释放能量为评价指标,对陈家沟冲击地压巷道支护能力进行计算评估.通过能量评估方法,结合陈家沟煤矿8514工作面巷道支护工程实践,假设发生最大能量为9.81×104 J矿震事...     

冲击地压薄壁圆管吸能构件仿真与试验研究

针对新型螺旋式抗冲击装置中的吸能构件,建立薄壁圆管镂空结构的有限元模型,利用试验对薄壁圆管镂空结构的吸能特性仿真结果进行验证。根据试验验证的模型参数,研究了薄壁圆管竖条结构的竖条数量及长度对其轴向静态压溃屈曲变形、初始峰值力、弹性阶段位移、平均支反力、吸能量、支反力均方差的影响。根据研究规律及防冲立柱实际工况设计薄壁竖条构件并试验,为后续现场冲击地压试验提供依据。研究表明：诱导结构在不改变薄壁圆管材料、厚度及截面形状前提下,使构件的变形更加稳定,压溃屈曲变形形态可控|对于薄壁圆管竖条结构,随着竖条数量增加和竖条长度增加,其初始峰值力、弹性阶段位移减小、吸能量与平均支反力降低,支反力均方差减小。     

冲击地压危险巷道支护设计应用

为确保接续(9-15)06工作面掘进期间安全施工,并且做到"强卸压、强支护",结合现状对冲击地压煤层中巷道支护设计进一步优化。     

冲击地压巷道减隔震技术原理及应用

冲击地压是煤矿开采过程中最严重的动力灾害之一,对煤矿安全开采造成了极大威胁。统计表明,约90%的冲击地压发生在巷道中,致使巷道损坏、垮冒甚至闭合以及人员伤亡。巷道支护已成为防治冲击地压的最后一道防线。基于冲击地压巷道围岩破坏过程及关键影响因素分析,研究了深部冲击地压巷道减隔震技术手段和实现方法,有效保护了巷道围岩结构的整体稳定性。提出了冲击地压巷道减隔震技术原理:隔震技术是在支护层与原岩之间致裂形成具有显著消波吸能作用的松散煤岩体,吸能机理主要体现在块体松散吸能、旋转吸能、空间散射吸能、反射吸能4个方面;减震技术通过锚杆锚索、O型棚、防冲单元架等支护构件的大延伸及让压位移,经过减震支护构件的强散射和释能作用,保护巷道支护锚固体在瞬间高冲击动载作用下的整体移动性和让压位移特征;隔震+减震的双重组合保护效应,实现了巷道围岩消波降载支护体整体释能抗冲的性能特征,从而维护冲击地压巷道围岩的稳定性。现场实践和微震监测显示:减隔震技术可以有效控制冲击地压巷道变形和破坏,巷道表面监测的微震能量降低了50%,巷道支护效果显著。     

巷道液压支架在冲击地压工作面的应用

随着开采深度的增加,冲击地压成为制约跃进煤矿发展的最大安全隐患。结合井下现场支护情况,该矿联合有关厂家设计了ZD6400/27/42G型防冲击巷道液压支架。通过在25110工作面运输巷的安装和使用,形成了有跃进特色的锚网索+36U‘O’型棚+门式支架的三级支护、三级让压防冲系统。通过高强度、强让压、整体性支护,提高了巷道的支护强度和支护质量,冲击地压防治效果良好。     

冲击地压矿井回采巷道支护优化研究与实践

在对支护现状分析的基础上,提出将提高锚杆支护的主动支护效果作为支护优化的方向。将锚杆支护三原则与矿井实际情况相结合,提出了锚杆设计参数,并对卸压工程进行了合理调整。工程实践证明,调整支护形式和卸压手段后,巷道支护效果和卸压效果均能够满足需求。     

冲击矿压巷道支护能量校核设计法

基于冲击矿压能量理论提出了冲击矿压巷道能量校核设计法:首先采用现代先进巷道设计方法进行巷道初步设计,再以巷道支护系统的变形能是否足以消耗巷道围岩破坏过程中释放的剩余能量作为判据,对冲击矿压巷道支护设计进行校核.其设计程序为:巷道冲击危险性评价;计算剩余能量;提出初步设计;支护系统吸能校核.计算得出了我国煤矿锚杆支护主要...     

深井巷道防治冲击地压支护的探索与研究

深井地质条件复杂的地层,如褶曲、断层、裂隙、陷落柱等区域,以及塑性流变岩体、膨胀性岩体、碎胀性岩体等具有明显偏压的岩层,也是冲击地压易发带。应根据围岩变形特征,采用"刚柔相济、及时封闭、缓冲让压、强化围岩"的基本原则。通过采用"锚、网、梁、索"综合支护新工艺,采用"让力、卸压、转移"的方案,提高对矿井深部巷道高应力下复合顶板的支护强度,防治深部矿井冲击地压。     

巷道防冲吸能钢管混凝土拱架支护性能研究

针对目前巷道支护中钢管混凝土拱架缺乏可缩让压性能的问题,从吸能让位角度设计了一种防冲吸能钢管混凝土拱架结构.通过Abaqus建立新型钢管混凝土拱架与围岩组合模型,在静载与动载两种荷载状态下,对比分析新型拱架对巷道的支护效果与抗冲击能力.结论如下:①根据合理的让位阻力特性设计吸能构件壁厚与尺寸,在拱架上部连接处和底弧段中部设置吸能构件,可避免弯曲过大发生失稳.套管形状依据U型钢拱架卡揽结构设置为折纹型,与拱架摩擦实现缩动让压;②在竖向与侧向冲击下,优化后拱架支护巷道各点位移量呈减少趋势,降低了拱架顶弧段下沉与底弧段上拱,支护效果更强;③静载作用下,优化后拱架与吸能构件接触后,拱架各点处塑性应变不再增加,吸能构件代替拱架发生形变.在受到动载后,吸能构件能快速响应,同时拱架两帮拐角发生弯曲变形,其余部分仍未发生明显变形.吸能构件压溃后,拱架整体塑性应变开始增加,最终优化后拱架各点等效塑性应变竖向与侧向冲击下分别降低了 10％～50％和13％～78％.     

冲击地压工作面支护方式的研究

本文根据冲击地压工作面顶板来压的特点，以大量的矿压观测资料为依据，对冲击地压工作面顶板压力及作用形式进行了分析研究，找出了冲击地压工作面合理的方式。并通过运用中流量三用阀大大提高了工作面的抗灾能力。     

锚网索无架棚支护在冲击地压巷道中的试验应用

以跃进煤矿弱冲击区域25020下巷掘进巷道为试验区域,分区段采用锚网索+36U圆弧拱棚、锚网索+36U可缩梯形棚、锚网索无架棚3种方案进行支护试验,通过对比分析各自支护条件下巷道顶板下沉情况,确定锚网索无架棚支护效果,并总结出该支护形式巷道顶板下沉规律,为该矿冲击地压煤巷掘进提供新的有效支护选择。     

陈家沟煤矿冲击危险巷道支护参数调整

针对华亭煤田陈家沟煤矿有冲击地压危险的巷道锚杆退锚、锚索断裂的情况,对巷道支护参数进行针对性地调整。在分析巷道围岩扩容作用区的基础上,对锚索所承受能量进行分析,并对不同锚索长度和锚杆长度进行数值模拟分析。参数调整后的巷道支护效果良好。     

冲击地压巷道柔性蓄能支护控制原理及应用

深部冲击地压巷道的防治问题已成为目前急需解决的难题,根据冲击地压巷道冲击破坏机理及特征,提出了基于卸压-支护协同控制的强弱强控制原理,为了减小冲击震源能量,通过在煤岩体内部设置破碎体来耗散冲击波能量,同时加强巷道围岩的支护结构强度,两者协同作用来达到控制冲击对巷道的破坏。对研究成果进行了现场应用,根据某矿的实际情况,采用了锚网+"O"型棚联合支护结构进行了现场工业性试验,试验期间发生多次冲击地压事件,双层支护结构柔性变形,使冲击能量得到释放,支护体系基本保持完好,很好的控制了冲击地压灾害。