【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及深部围岩控制，尤其涉及冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法及协同支护体系。
技术介绍
1、矿产开采过程中，随着开采深度不断增加，很多矿井面临冲击地压灾害发生。据统计，巷道冲击地压约占冲击地压总数的87％，特别是冲击地压及其引发的巷道冒顶事故已成为煤矿安全的重大威胁之一。从近几年冲击地压、煤与瓦斯突出事故及其引发的次生灾害可以看出，巷道空间是“生命通道”，其稳定性非常重要。巷道受瞬时动载荷的影响极不稳定，极易发生大变形甚至大范围失稳垮落，巷道在冲击地压事故中的损毁程度是决定事故中伤亡程度的关键，如何避免大范围顶板冒落并尽量保护巷道空间的大小是最大程度降低灾害危害程度、减少人员伤亡的重中之重，因此，冲击地压巷道稳定性控制一直是煤矿巷道支护的难题。
2、现有的巷道在规避冲击地压中采用的支护方式存在如下问题：
3、(1)锚杆(索)支护材料抗冲击性能差。由于普通的高强锚杆和锚索冲击韧性低，在冲击载荷下锚杆和锚索延伸率低，锚杆(索)支护系统吸能能力有限，支护系统受到高冲击能量下易出现破断失效。
4、(2)防冲支架在冲击地压发生过程中未能发挥吸能减冲作用。防冲支架设计的目的就是通过吸能构件的让位吸能来降低冲击能量对巷道围岩的破坏效应，而现场由于冲击震源方位难以提前确定，导致冲击方向与支架吸能构件安装方向不一致，实际安装的吸能构件并不能按照理想的状态让位吸能，导致现场防冲支架立柱弯曲、爆缸、折断。部分防冲支架即使安装了大流量安全阀，安全阀仍难以及时开启，并且安全阀开启后支架支护阻力急剧降低，大幅度
5、(3)锚杆(索)支护系统与防冲支架相互不匹配。锚杆(索)与防冲支架设计时未考虑两者空间关系和力学性能的匹配性，导致两者相互影响。防冲支架安装时，支架顶梁大量破坏巷道顶板锚杆和锚索，使锚杆和锚索大量失效，降低了锚杆(索)支护系统的主动支护作用和抗冲击能力。顶板锚杆(索)也影响防冲支架顶梁整体接顶，使支架顶梁受力集中，也不利于支架主动支护作用的发挥。同时，在冲击地压发生过程中，由于锚杆(索)支护系统与防冲支架力学性能不匹配，动载下工作阻力时程曲线不同，导致两种支护结构刚度、强度及变形不协调，两种支护系统被各个击破。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法及协同支护体系，用以解决现有冲击地压巷道中锚杆支护与超前防冲支架存在冲突、锚杆支护与支架工作阻力不同、变形不协调的缺陷，实现巷道面临冲击地压形成有效支护。
2、本专利技术提供一种冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，包括如下步骤：
3、s1、在回采巷道布置微震探头传感器，监测工作面回采时冲击能量分布情况，根据测量结果结合围岩条件，布置锚杆锚索协同支护结构；
4、s2、在回采巷道超前段布置煤柱应力计，监测工作面回采时超前采动应力的分布范围和分布规律，得到工作面回采时的超前支承压力分布规律；
5、s3、设置超前液压支架，计算步骤s1布置的锚杆锚索协同支护结构的刚度以及预计强度和变形量，调整超前液压支架的工作阻力和初撑力，使得超前液压支架的刚度、吸能能力和位移让位点与锚杆锚索协同支护结构的刚度、预计强度和变形量相匹配。
6、根据本专利技术提供的一种冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，步骤s1中，所述锚杆锚索协同支护结构包括锚杆或短锚索，还包括长锚索，所述锚杆锚索协同支护结构布置施工过程如下：
7、s11、向围岩打入锚杆或短锚索，并对锚杆或短锚索施加预紧力，通过锚杆或短锚索对围岩进行支护，控制冲击地压巷道顶板浅部的离层和变形；
8、s12、锚杆或短锚索施工完成后，向围岩打入长锚索，并对长锚索施加预紧力，通过长锚索使冲击地压巷道顶板浅部与深部的岩体成为一体。
9、根据本专利技术提供的一种冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，步骤s11的锚杆或短锚索以及长锚索施加的预紧力通过以下方式确定：
10、s111、选取锚杆和锚索，确定所选锚杆和锚索对应的锚固力与变形量的对应关系，并使得微震探头传感器监测的冲击能量产生的冲击力对应所选锚杆和锚索均能产生变形量；
11、s112、根据步骤s111所选的锚杆和锚索的锚固力与变形量的对应关系，将锚杆和锚索同一变形量下对应的锚固力进行叠加，得到共同工作锚固力；
12、s113、取共同工作锚固力等于微震探头传感器监测的最大冲击能量产生的冲击力时，对应的变形量为所需变形量，锚杆或短锚索以及长锚索在该变形量下对应的预紧力即为所要施加的预紧力。
13、根据本专利技术提供的一种冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，步骤s2中，所述工作面回采时的超前支承压力分布规律通过以下方式获得：
14、s21、在回采巷道超前段布置多个煤柱应力计；
15、s22、利用步骤s22的多个煤柱应力计，分别测量相应位置的原岩垂直应力和回采时的煤岩体支承压力，获得相应位置的支承压力系数；
16、s23、将多个煤柱应力计对应位置获取的支承压力系数进行拟合，得到支承压力曲线，获得工作面回采时的超前支承压力分布规律。
17、根据本专利技术提供的一种冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，步骤s22中，所述支承压力系数由以下公式获得：
18、k(x)＝q(x)/q0，其中k(x)为支承压力系数，q(x)为煤岩体支承压力，q0为原岩垂直应力，x为距离工作面的位置；
19、步骤s23中，所述将多个煤柱应力计对应位置获取的支承压力系数进行拟合通过三参数威布尔函数进行拟合，得到的支承压力曲线公式为：
20、其中m为支承压力曲线的形状参数，η为支承压力曲线的尺度系数，δ为支承压力峰值的位置参数，l为支承压力影响范围长度。
21、根据本专利技术提供的一种冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，步骤s3中，锚杆锚索协同支护结构的刚度通过以下方式获得：
22、将锚杆、锚索和围岩视为复合岩体，由公式计算复合岩体的弹性模量，其中e*为复合岩体的弹性模量，e为围岩弹性模量，e1为锚杆或短锚索的弹性模量，r1为锚杆或短锚索的半径，s11为锚杆或短锚索的排距，sr1为相邻锚杆或短锚索的间距；根据复合岩体的弹性模量，得到其支护刚度；
23、所述超前液压支架的刚度可按照以下公式进行计算：
24、其中kij为超前液压支架的刚度；b为立柱液压缸内径；y为立柱高度；b1为立柱刚体厚度；e2为立柱刚体弹性模量；fm为工作阻力液压缸内部油体压力；f0为初撑力液压缸内部油体压力；zm为工作阻力下立柱行程；z0为初撑力下立柱行程；i取1，2；j取1，2，3，4。
25、本专利技术还提供一种冲击地压巷道锚杆与支架协同支护体系，适于上述任一项冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，包括锚杆锚索协同支护结构和活动框架式超前液压支架群；
26、所述锚杆锚索协同支护结构采用锚杆或短锚索施加预本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，其特征在于，步骤S1中，所述锚杆锚索协同支护结构包括锚杆或短锚索，还包括长锚索，所述锚杆锚索协同支护结构布置施工过程如下：
3.根据权利要求2所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，其特征在于，步骤S11的锚杆或短锚索以及长锚索施加的预紧力通过以下方式确定：
4.根据权利要求1所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，其特征在于，步骤S2中，所述工作面回采时的超前支承压力分布规律通过以下方式获得：
5.根据权利要求4所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，其特征在于，步骤S22中，所述支承压力系数由以下公式获得：
6.根据权利要求1所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，其特征在于，步骤S3中，锚杆锚索协同支护结构的刚度通过以下方式获得：
7.一种冲击地压巷道锚杆与支架协同支护体系，其特征在于，适于权利要求1～6中任意一项所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，包括锚杆锚
8.根据权利要求7所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护体系，其特征在于，锚杆、短锚索和长锚索的支护结构均包括垫板(1)和锁具(2)，所述垫板(1)上设有穿孔(11)；所述锁具(2)套设于锚杆、短锚索或长锚索上，并设置于所述穿孔(11)背向围岩一侧的孔口，以形成对锚杆、短锚索或长锚索的锁止；
9.根据权利要求8所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护体系，其特征在于，所述垫板(1)背向围岩一侧设置有凸起部(12)，所述凸起部(12)沿着所述穿孔(11)的周向分布，且所述凸起部(12)的高度高于所述锁具(2)的高度。
10.根据权利要求7所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护体系，其特征在于，所述超前液压支架包括液压支撑(3)和连接所述液压支撑(3)的框架顶梁(4)；
...【技术特征摘要】
1.一种冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，其特征在于，步骤s1中，所述锚杆锚索协同支护结构包括锚杆或短锚索，还包括长锚索，所述锚杆锚索协同支护结构布置施工过程如下：
3.根据权利要求2所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，其特征在于，步骤s11的锚杆或短锚索以及长锚索施加的预紧力通过以下方式确定：
4.根据权利要求1所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，其特征在于，步骤s2中，所述工作面回采时的超前支承压力分布规律通过以下方式获得：
5.根据权利要求4所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，其特征在于，步骤s22中，所述支承压力系数由以下公式获得：
6.根据权利要求1所述的冲击地压巷道锚杆与支架协同支护方法，其特征在于，步骤s3中，锚杆锚索协同支护结构的刚度通过以下方式获得：
7.一种冲击...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴拥政，付玉凯，李军臣，任硕，何杰，何思锋，
申请(专利权)人：中煤科工开采研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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