一种适于深部开采巷道的吸能垫板制造技术

本实用新型专利技术提出一种适于深部硬岩开采巷道的用于预防岩爆等动力冲击灾害的吸能垫板，属于矿井支护技术领域。吸能垫板由砂浆粘结层、正弦吸能板、盖板、球型垫片、减摩垫片、复合垫块组成。正弦吸能板横截面整体成正弦波形，设有锚杆及锚索通孔，并在波峰处压制数个球形凹槽形成双峰。盖板为带肋平底型，板肋的方向与吸能板波形方向正交。复合垫块为钢板和橡胶相间的空心圆柱体。在岩爆等冲击作用下，正弦吸能板和复合垫块发生塑性变形，吸收冲击能量，保护垫板自身、螺母和锚杆杆体的完整性。

【技术实现步骤摘要】
一种适于深部开采巷道的吸能垫板
本技术提出一种适于深部硬岩开采巷道的用于预防岩爆等动力冲击灾害的吸能垫板，属于矿井支护

技术介绍
经济高速持续发展与国家安全战略离不开矿产资源的开发，随着资源需求量的增加，以及浅部资源的不断消耗，地下矿山陆续转入深部开采。深部开采工程岩体处于高应力、高岩温、高渗透水压力和开采扰动(即“三高一扰动”)的复杂地质与力学环境下，致灾机理复杂，岩爆等动力冲击灾害频发、突发。岩爆是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。因而岩爆等动力冲击灾害的防治方法主要从岩爆发生前提前释放能量和岩爆发生时吸收能量两个方向进行考虑，本专利主要针对后者。由于岩爆等动力灾害发生时会突然释放大量的能量，并产生巨大的动力冲击荷载，即使强度很高的刚性支撑也很容易随巷道围岩一同发生破坏，因此，吸能支护体系孕育而生。目前，在吸能支护体系中，对吸能锚杆研究较多，然而冲击能量由垫板、锚具、最后传递至锚杆，前两者的破坏也会对支护效果产生影响。垫板的作用主要有两方面，一是在螺母压紧后，给锚杆提供预应力，并使预应力扩散到周围岩体中；二是将岩体变形荷载传递到杆体上。垫板与围岩的关系可用温克勒地基描述，其本身失效，以及垫板与巷道表面接触处的围岩松散脱落，导致托板与表面不紧贴，均会使锚杆失去支护作用。垫板常见的破坏形态有：过大压力下开裂破坏；中部被拉入岩体，导致周边翘起而支护失效；偏压作用下一侧翘起；垫板与杆体脱离。
技术实现思路
本技术针对深部硬岩巷道在岩爆等动力冲击荷载作用下，能量突然释放产生的冲击荷载，提供一种适于深部开采巷道的吸能垫板。吸能垫板由砂浆粘结层、正弦吸能板、盖板、球型垫片、减摩垫片、吸能垫片组成，具体结构为：1)在新开挖的区段完成挂网并完成钻孔后，在垫板覆盖区域抹一定厚度的砂浆作为粘结层，并留出锚杆孔口；2)在砂浆初凝前将正弦吸能板贴于砂浆上，压实；正弦吸能板横截面整体成正弦波形，设有锚杆通孔；在正弦吸能板波峰处压制数个球形凹槽形成双峰，用以调节其屈服点；正弦吸能板在冲击荷载作用下可沿厚度方向发生压缩变形，从而起到一定的缓冲吸能作用，而球型凹槽可以促进吸能板变形以提高该组合结构的吸能效果，降低锚杆、锚具受到的冲击；3)盖板位于正弦吸能板上，为带肋平底型，长宽与正弦吸能板宽度相同；盖板肋方向与正弦吸能板波形方向正交；4)在安装完球型垫片后，将复合垫块安于其上，最后安装减摩垫片和螺母；复合垫块是由多层低碳钢板卷制而成的空心圆柱体，钢板间由橡胶胶结，具有较好的变形能力，起到吸收冲击能量的作用。5)本技术通过正弦吸能板和复合垫块的塑性变形，吸收岩爆动力灾害产生的冲击能量，保护自身以及螺母、杆体的完整。进一步地，步骤1)所述粘结层的厚度为5～20mm。进一步地，步骤2)所述正弦吸能板宽150～250mm，长不小于宽，波长50～150mm，振幅为波长的1/4～1/3。进一步地，步骤2)所述球形凹槽的球心角不大于π/2，直径不大于正弦波波长的1/10，以避免过度削弱截面。进一步地，步骤3)所述盖板肋宽10mm，冲压制成，间距20～40mm。进一步地，步骤4)所述复合垫块高度为壁厚的1～2倍，钢板厚度不超过0.5mm，橡胶层厚度不超过钢板厚度。本技术的正弦吸能板在正常工作状态和轻微震动下，拱角受砂浆粘结作用固定，形成稳定的承载拱。在较大冲击作用下，砂浆破坏，拱角可以在克服砂浆层提供的摩擦后发生滑移，同时预制的球型凹槽部位可以发生弯曲破坏。上述变形使正弦吸能板沿厚度方向发生塑形大变形，吸收岩爆释放的冲击能量，达到保护锚具、锚杆的目的。本技术的复合垫块为钢板与橡胶交替的多层复合结构，其强度较钢材没有明显削弱，而刚度、弹性变形范围介于钢材和橡胶之间。该结构可以在正常工作状态和较小震动下保持弹性而在较大冲击下发生塑形变形，消耗冲击能量达到保护螺母、杆体的效果。本技术的工作机理为，在岩爆等冲击荷载作用下，正弦吸能板和复合垫块发生塑性变形，吸收能量，保护垫板自身以及螺母和锚杆杆体的完整。附图说明图1为本技术吸能板的俯视图；图2为本技术吸能板的剖面图；图3为本技术盖板俯视图；图4为本技术盖板侧视图；图5本技术复合垫块局部剖面图；图6为本技术装配图；其中：1—正弦吸能板；2—锚杆通孔；3—球形凹槽；4—盖板；5—盖板肋；6—复合垫块；7—钢板；8—橡胶；9—砂浆粘结层；10—锚杆；11—球型垫片；12—减摩垫片；13—螺母。具体实施方式为了使本技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施方案进行详细描述。吸能垫板由砂浆粘结层9、正弦吸能板1、盖板4、球型垫片11、减摩垫片12、复合垫块6组成。锚杆选取直径25mm螺纹锚杆，防止杆体螺纹段和正常段交界处在冲击下断裂。在新开挖的巷道区段完成挂网和锚杆钻孔后，在垫板覆盖区域抹250mm×250mm×10mm的砂浆作为粘结层9，并留出锚杆孔口。在砂浆初凝前将正弦吸能板1贴于砂浆上。正弦吸能板横截面整体成正弦波形，设有锚杆通孔2，宽250mm，长向连接三个锚杆，正弦波波长125mm，波幅40mm。在钢带波峰处压制数个球型凹槽3，球形凹槽的球心角90°，半径5mm。将锚杆10穿过预留的锚杆孔位2进行锚固，然后将盖板4从锚杆尾部穿过，盖于正弦吸能板1上。盖板4为带肋平底型，长宽均为250mm。盖板肋5宽10mm，高4mm，冲压制成，间距40mm，方向与吸能板波形方向正交。安装球形垫片11，然后安装复合垫块6。复合垫块6为0.4mm低碳钢板7以及0.2mm橡胶8相间的空心圆柱体。圆柱体外径20mm，内径12mm，壁厚8mm，高15mm。最后安装减摩垫片12，并上紧螺母13。以上所述是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适于深部开采巷道的吸能垫板，其特征在于：垫板由砂浆粘结层、正弦吸能板、盖板、球型垫片、减摩垫片、复合垫块组成，具体结构为：垫板整体结构与围岩通过一定厚度的砂浆粘结层(9)与围岩连接；正弦吸能板(1)与粘结层直接相连；正弦吸能板横截面整体成正弦波形，设有锚杆通孔(2)，与数个锚杆相连；在正弦吸能板波峰处有数个球形凹槽(3)，呈双峰状；盖板(4)位于正弦吸能板上，为带肋平底型，长宽与正弦吸能板宽度相同；盖板肋(5)方向与正弦吸能板波形方向正交；球型垫片(11)上部，依次为复合垫块(6)、减摩垫片(12)和螺母(13)；复合垫块是由多层低碳钢板(7)卷制而成的空心圆柱体，钢板间由橡胶(8)胶结。

【技术特征摘要】
1.一种适于深部开采巷道的吸能垫板，其特征在于：垫板由砂浆粘结层、正弦吸能板、盖板、球型垫片、减摩垫片、复合垫块组成，具体结构为：垫板整体结构与围岩通过一定厚度的砂浆粘结层(9)与围岩连接；正弦吸能板(1)与粘结层直接相连；正弦吸能板横截面整体成正弦波形，设有锚杆通孔(2)，与数个锚杆相连；在正弦吸能板波峰处有数个球形凹槽(3)，呈双峰状；盖板(4)位于正弦吸能板上，为带肋平底型，长宽与正弦吸能板宽度相同；盖板肋(5)方向与正弦吸能板波形方向正交；球型垫片(11)上部，依次为复合垫块(6)、减摩垫片(12)和螺母(13)；复合垫块是由多层低碳钢板(7)卷制而成的空心圆柱体，钢板间由橡胶(8)胶结。2.如权利要求1所述一种适于深部开采巷道...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗胜军，梁明纯，王辉，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：新型
国别省市：北京,11