一种巷道卸压吸能综合防冲支护系统及工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种巷道卸压吸能综合防冲支护系统及工作方法，属于巷道防护技术领域。系统，包括高强吸能单体支柱、锚杆和薄膜，其中，巷道顶板及帮部设置有锚杆，锚杆对围岩有支护作用，缓解围岩内部能量积聚；巷道内设置有高强吸能单体支柱，高强吸能单体支柱支撑巷道顶端；巷道周侧的围岩内呈圆弧形设置有空穴，空穴内设置有薄膜，薄膜内填充有剪切增稠液。本发明专利技术利用结构调控耦合化学吸能材料和高强支护转移巷道周边高应力，控制围岩变形，同时对围岩的能量输入、能量积聚、能量耗散以及能量释放这四部分能量进行控制，在保证巷道近场稳定性的同时，大大提高了巷道的吸能防冲能力。大大提高了巷道的吸能防冲能力。大大提高了巷道的吸能防冲能力。

【技术实现步骤摘要】
一种巷道卸压吸能综合防冲支护系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及一种巷道卸压吸能综合防冲支护系统及工作方法，属于巷道防护


技术介绍

[0002]冲击地压是煤矿开采过程中遇到的典型动力灾害，以其机理复杂性、发生突然性和破坏剧烈性，对煤矿安全高效生产构成了巨大威胁，成为深部绿色开采亟待解决的技术难题。因此，冲击地压巷道围岩控制及吸能防冲技术一直是国内外学者研究的重点。
[0003]岩石破坏的本质是外力对其做功超过其储能极限后剩余能量释放的结果。巷道支护不仅需要限制围岩变形破坏，还需要减弱围岩中的能量积聚以及吸收能量释放。因此，从能量的角度去研究回采巷道在掘进和回采过程中巷道失稳机制，更加符合围岩动力性灾变事故的本质。另一方面，吸能支护(让压支护)理论和技术适用于大变形以及具有冲击倾向性的巷道在支护领域已经达成了共识，然而，吸能防冲支护技术目前研究应用还处于起步阶段，吸能支护材料的强度、吸能性能、稳定性等均具有提升空间。
[0004]综上所述，针对深部高应力巷道易产生大变形、动力灾变事故的现象，以围岩能量演化为研究对象研究巷道在回采和掘进过程中围岩稳定性控制方法和技术，对于深部开采和高强开采的安全、高效开采具有理论意义和现实意义。
[0005]剪切增稠液(shear thickening fluids，STF)是一种将纳米或者微米尺度的颗粒分散到极性介质中，形成的浓缩颗粒悬浮液，即一种非牛顿流体。在一定的冲击(剪切)条件下，其粘度会随着剪切速率的增大而显著增加。通常这种粘度的增加可达几个数量级，且响应速度快、过程可逆，当应力撤去时流体会恢复到初始状态。在高速冲击下，STF甚至会由可流动的液体状态变成类固体状态，从而吸收大量冲击能量，具有良好的能量衰减能力。
[0006]中国专利文件CN114483086A公开了一种防护隧洞吸能复合支护体系。吸能复合支护体系包括锚杆或锚索、吸能层与钢桁架；锚杆或锚索打设在隧洞的内壁上，锚杆或锚索用于对隧洞进行支护；吸能层紧贴隧洞的内壁设置，吸能层用于吸收隧洞传递给吸能层的冲击能量；钢桁架紧贴吸能层设置，钢桁架用于在隧洞内部进行支护。该支护体系仅在巷道浅部布置吸能支护体系，属于被动支护，而被动支护不能改变围岩大环境，且整个过程仅依靠物理吸能，吸能防冲效果有限。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种巷道卸压吸能综合防冲支护系统，利用结构调控耦合化学吸能材料和高强支护转移巷道周边高应力，控制围岩变形，同时对围岩的能量输入、能量积聚、能量耗散以及能量释放这四部分能量进行控制，在保证巷道近场稳定性的同时，大大提高了巷道的吸能防冲能力。
[0008]本专利技术还提供上述巷道卸压吸能综合防冲支护系统的工作方法。
[0009]本专利技术的技术方案如下：
[0010]一种巷道卸压吸能综合防冲支护系统，包括高强吸能单体支柱、锚杆和薄膜，其中，巷道顶板及帮部设置有锚杆，锚杆对围岩有支护作用，可以抵抗围岩变形，缓解围岩内部能量积聚；
[0011]巷道内设置有高强吸能单体支柱，高强吸能单体支柱支撑巷道顶端，高强单体吸能支柱一方面能够起到等效煤柱的作用，可以减少巷道围岩的变形量，另一方面其吸能特性能够对积聚在巷道围岩内的能量起到释放作用；
[0012]巷道周侧的围岩内呈圆弧形设置有空穴，空穴内设置有薄膜，薄膜内填充有剪切增稠液，利用薄膜吸收围岩的能量输入，并对能量进行耗散。
[0013]根据本专利技术优选的，高强吸能单体支柱包括缸体、液压活塞杆、安全阀和复合式吸能防冲构件，缸体内设置有液压活塞杆，缸体外设置有安全阀，液压活塞杆上设置有复合式吸能防冲构件。高强吸能单体支柱采用专利文件CN113756848B公开的液压立柱。
[0014]根据本专利技术优选的，锚杆为混合式锚固锚杆。
[0015]根据本专利技术优选的，空穴设置于巷道周侧围岩的深部应力高峰区内，由薄膜在空穴内部构造密闭空间，注入剪切增稠液，利用其防冲吸能特性实现化学吸能效果，吸收围岩的能量输入，并对能量进行耗散，而空穴的构造可以降低岩石强度和冲击倾向性,在形成巷道深部弱结构吸能区的同时，使得应力高峰区和支承压力峰值向岩体深部转移,并降低应力集中程度,使发生冲击矿压的强度降低，在保证巷道近场稳定性的同时，大大提高了巷道的吸能防冲能力。
[0016]根据本专利技术优选的，巷道与空穴之间的钻孔内设置有钢管，保护锚固区围岩结构不被钻孔弱化，避免因浅部钻孔的卸压作用破坏巷道围岩的稳定性，同时可在浅部锚固区围岩形成强主动支撑结构，保证内部卸压后巷道浅部围岩仍可发挥良好的承载能力。
[0017]根据本专利技术优选的，薄膜为弹性材质的密封袋体，可采用PVC材料制作，可塑性强，耐磨，能够适应岩石深部复杂环境，薄膜连接有注浆管。
[0018]上述巷道卸压吸能综合防冲支护系统的工作方法，步骤如下：
[0019](1)巷道掘进期，靠近工作面一侧安装高强吸能单体支柱，同时，按照支护需要在巷道顶板及帮部安装锚杆，构成浅部支护系统；
[0020](2)确定巷道四周卸压钻孔位置及钻孔深度，先利用造穴钻机在巷道浅部围岩进行钻孔，到达设定空穴位置后，进行空间造穴，形成空穴，构成弱结构吸能区，空穴远离巷道浅部承载结构体围岩，通过钻孔将薄膜置于空穴内，薄膜通过注浆管连接注浆机，钻孔内设置钢管；
[0021](3)通过注浆管向由薄膜内注入剪切增稠液，完成支护；
[0022](4)支护期间，高强单体吸能支柱一方面能够起到等效煤柱的作用，与围岩共同组成一个承载结构体系，减少巷道围岩的变形量，另一方面其吸能特性能够对积聚在巷道围岩内的能量起到释放作用，当围岩整体大面积垮落时，高强吸能单体支柱能够吸收围岩整体垮落时产生的动能；
[0023]锚杆对围岩的支护作用为抵抗围岩变形和缓解围岩内部能量积聚；抵抗围岩变形的作用是通过锚固段与围岩分界面上的剪切力以及高强吸能单体支柱对围岩的支护反力实现的。同时，锚固段与高强吸能单体支柱之间的围岩受到挤压力的作用，从而产生压缩拱，对围岩起到加固作用；另一方面，从能量演化的角度来考虑，吸能锚杆主要对围岩内部
积聚的弹性能进行释放、以及吸收能量释放的动能；
[0024]剪切增稠液进行化学吸能，吸收围岩的能量输入，并对能量进行耗散，而空穴的构造可以降低岩石强度和冲击倾向性,在形成巷道深部弱结构吸能区的同时，使得应力高峰区和支承压力峰值向岩体深部转移,并降低应力集中程度。
[0025]本专利技术的有益效果在于：
[0026]针对深部煤巷易受冲击地压灾害的影响，本专利技术采取主动卸压构造复合吸能弱结构带，在巷道内布置浅部强支护系统，利用结构调控耦合化学吸能材料加高强支护来转移巷道周边高应力控制围岩变形，同时对围岩的能量输入、能量积聚、能量耗散以及能量释放这四部分能量进行控制，综合而看，巷道防冲卸压综合吸能防护系统在保证巷道近场稳定性的同时，大大提高了巷道的吸能防冲能力。
附图说明
[0027]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种巷道卸压吸能综合防冲支护系统，其特征在于，包括高强吸能单体支柱、锚杆和薄膜，其中，巷道顶板及帮部设置有锚杆，锚杆对围岩有支护作用，缓解围岩内部能量积聚；巷道内设置有高强吸能单体支柱，高强吸能单体支柱支撑巷道顶端，高强单体吸能支柱一方面减少巷道围岩的变形量，另一方面其吸能特性能够对积聚在巷道围岩内的能量起到释放作用；巷道周侧的围岩内呈圆弧形设置有空穴，空穴内设置有薄膜，薄膜内填充有剪切增稠液，利用薄膜吸收围岩的能量输入，并对能量进行耗散。2.如权利要求1所述的巷道卸压吸能综合防冲支护系统，其特征在于，高强吸能单体支柱包括缸体、液压活塞杆、安全阀和复合式吸能防冲构件，缸体内设置有液压活塞杆，缸体外设置有安全阀，液压活塞杆上设置有复合式吸能防冲构件。3.如权利要求1所述的巷道卸压吸能综合防冲支护系统，其特征在于，锚杆为混合式锚固锚杆。4.如权利要求1所述的巷道卸压吸能综合防冲支护系统，其特征在于，空穴设置于巷道周侧围岩的深部应力高峰区内。5.如权利要求4所述的巷道卸压吸能综合防冲支护系统，其特征在于，巷道与空穴之间的钻孔内设置有钢管。6.如权利要求5所述的巷道卸压吸能综合防冲支护系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊文，张玉杰，宋治祥，吴少康，毛林，范文兵，张杨，董续凯，卜小虎，王添程，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：