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

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及煤矿巷道冲击地压防治
，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。
技术介绍
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CN103016035A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。以上专利技术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。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术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。本专利技术的技术方案为：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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；/n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；/n所述第一粘结剂存储盒(13)为环形柱状；/n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；/n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)；/n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；/n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；/n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)；/n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；/n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；/n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；/n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。/n...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：代连朋，潘一山，肖永惠，王爱文，施天威，刘飞宇，郭建霖，蔡荣宦，王岗，
申请(专利权)人：东北大学，辽宁大学，辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21