创新点
（1）提出了防冲支护设计6项原则，即让位阻力可变原则、让位位移可变原则、让位刚度可变原则、让位频率可变原则、让位速度可变原则和让位能量可变原则。
（2）依据防冲支护设计的6项原则，对防冲液压支架中的诱导式预折纹构件进行了试验研究，得到6个性能指标。
（3）通过现场试验对巷道防冲液压支架的实际应用效果进行了检验，防冲液压支架在ML3.0 级强震过程中发挥了预期的吸能防冲作用,间接验证了防冲支护设计6项原则的合理性。
作 者
潘一山1,2,肖永惠1,李国臻2
1.辽宁大学 物理学院；2.辽宁工程技术大学 力学与工程学院
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研究背景
冲击地压是煤矿生产中遇到的最严重灾害之 一,目前我国有132对矿井遭受冲击地压威胁。根据对我国有记录的2500多次破坏性冲击地压调 研发现,87%的冲击地压都发生在巷道中。巷道 冲击地压发生时,围岩突然破坏、垮落或抛入巷道,同时伴有剧烈的震动和声响,常引起巷道底臌、片帮、冒顶,导致支架折损或彻底垮塌破坏等,严重时还会造成巷道完全闭合堵塞,致使人员伤亡。
从20世纪90年代开始,一些学者研究发现,提 高支护应力可以显著提高巷道冲击地压发生的临界载荷,因而提出:冲击地压矿井应加大巷道支护强 度。因此,为了提高巷道支护的安全性,一些冲击 地压矿井开始采用高支撑力的巷道支护设备,如单体液压支柱、垛式液压支架、自移式液压支架、门式液压 支架等,加强对巷道围岩的支护。
义马跃进煤 矿、抚顺老虎台矿、鹤岗俊德矿、双鸭山集贤矿等都采用了上述的多种支护设备对巷道实施支护,取得了明显抗冲效果,一定程度减少了巷道冲击地压发生的次数,即使有冲击动力现象,也能够降低冲击地压对巷 道的破坏程度。其中,义马跃进煤矿自安装门 式液压支架后2a时间内冲击地压仅发生4次,相对 安装之前显著减少。
但研究发现,由于目前尚未建立 合理可靠的防冲支护理论,没有形成有效的防冲支护方法以及防冲支护设计原则,仅仅是通过提高支护设备的支撑力来提高支护体系的抗冲击能力,在某些情 况下仍然无法避免冲击地压的发生,而且一旦发生,造成的巷道破坏程度却更加严重,现有常规支护方法和设备已经难以满足冲击地压矿井的巷道支护需求。
为此,笔者开展巷道防冲液压支架研究工 作,基于巷道围岩-支护系统的静力学与动力学理论 分析,提出了防冲支护设计的原则,研制了具有吸能 功能的巷道防冲液压支架,通过现场实践对防冲液压 支架的吸能防冲效果进行了验证,进而证明防冲支护 设计原则的合理性。
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摘 要
针对现有巷道支护难以抵抗冲击地压产生的强震强冲作用从而造成支护失效、巷道垮塌及 人员伤亡这一难题,基于巷道围岩-支护系统的静力学与动力学理论分析,提出了防冲支护设计的 6项原则,即让位阻力可变原则、让位位移可变原则、让位刚度可变原则、让位频率可变原则、让位 速度可变原则和让位能量可变原则。
研制了具有吸能功能的巷道防冲液压支架,通过实验室试验 对支架防冲装置中的诱导式预折纹构件进行了吸能特性研究,得到:单节防冲构件平均让位阻 力1 820kN,让位位移100mm,让位刚度和频率为0,让位速度为2.3m/s,让位吸能为182kJ。
双 节防冲构件平均让位阻力为2010kN, 让位位移为200mm, 让位刚度和频率为0, 让位速度 为2.2m/s,让位吸能为402kJ,2 种构件的实验结果都达到防冲液压支架的技术参数要求。
进一 步,对防冲液压支架在耿村煤矿井下的支护状态与吸能防冲效果进行了监测与分析,发现:防冲液 压支架在ML3.0级强震过程中让位最大达16cm,发挥了预期的吸能防冲作用,同时间接地证明了 防冲支护设计原则的合理性。
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文中图片
多功能防冲装置结构设计
FCQ1800/550/450型多功能防冲装置
FCQ2400/880/680型多功能防冲装置
防冲构件半壳尺寸
防冲构件半壳折压成型
单节防冲构件实物
单节防冲构件的压溃形态
单节防冲构件屈曲过程
单节防冲构件的实验结果
双节防冲构件实物
双节防冲 构件的压溃形态
双节防冲构件实验结果曲线
ZHD4150/36/52型巷道防冲液压支架
不同结构形式的巷道防冲液压支架
2次冲击地压后巷道破坏与支架受损情况
“6·10”冲击事件震源定位以及巷道受损区域分布
研究方向
煤矿冲击地压
主要成果
开展了以冲击地压为主的矿山动力灾害发生机理、预测和防治技术的研究工作，提出了冲击地压扰动响应失稳理论，完善了冲击地压理论体系，成功研发了冲击地压预测与防治成套技术、煤与瓦斯突出矿井深部动力灾害一体化预测与防治关键技术、巷道防冲吸能支护技术及相关装备，主持编制了中国首部《防治煤矿冲击地压细则》，主持及参与制定中国国家标准6项，科研成果在中国12大矿区40余矿井推广应用，取得显著的经济社会效益。
潘一山,肖永惠,李国臻. 巷道防冲液压支架研究及应用[J]. 煤炭学 ,2020,45(1):90-99.
PAN Yishan,XIAO Yonghui,LI Guozhen. Roadway hydraulic support for rockburst prevention in coal mine and its application[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(1):90-99.
审 核：常琛
End
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