创新点
（1）建立了冲击地压巷道“应力-围岩-支护” 力学模型，得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力，停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。
（2）指出巷道冲击地压防冲支护应从静-动力学两个角度，同时考虑“启动—破坏—停止”全过程。①在冲击启动前，依据冲击启动的应力条件降低煤体应力，减少弹性能积聚，提高支护阻力,增加启动难度；②依据冲击停止的能量条件，在冲击过程中，通过改变煤岩体结构与介质属性，吸收或消耗冲击能；③在冲击应力波传播的末端，通过提高巷内支护结构阻尼吸收剩余冲击能，减弱冲击应力波对巷道支护结构的破坏。
（3）创立吸能支护理论，提出冲击地压巷道支护结构应具有让压可缩与吸能特性，防冲支护应根据冲击地压能量特性进行分级设计。研发了吸能锚杆索、吸能O 型棚、吸能液压支架等吸能支护装备，建立了三级吸能支护体系，实现了冲击地压巷道三维立体吸能支护。
作 者
潘一山1,2,3,齐庆新4,王爱文1,3,肖永惠2,陈建强5,吕祥锋6,徐连满2,代连朋7
1. 辽宁工程技术大学力学与工程学院 2. 辽宁大学 3. 辽宁工程技术大学冲击地压研究院 4. 煤炭科学研究总院深部开采与冲击地压防治研究院 5. 神华新疆能源有限责任公司 6. 北京科技大学土木与资源工程学院 7. 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室
研究背景
冲击地压发生时,煤岩系统储存的弹性能瞬间释放,造成支护设备毁坏、采掘空间变形及人员伤亡等重大损失。据统计,90% 以上的冲击地压事故发生在巷道中,特别是近几年,山西担水沟煤矿、辽宁红阳三矿、山东龙郓煤业、河北唐山矿、吉林龙家堡矿先后发生严重冲击地压事故,使得冲击地压防治措施的有效性成为焦点问题。
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摘 要
建立了冲击地压巷道“应力-围岩-支护” 力学模型,得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力,停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。基于巷道围岩与支护体动力响应分析发现,冲击地压发生过程中围岩阻尼特性、锚固岩体的抗冲击吸能特性及巷内支护体的阻尼及刚度对冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性具有重要影响。提出巷道冲击地压防冲支护应从静-动力学两个角度,同时考虑“ 启动—破坏—停止”全过程。
① 在冲击启动前,依据冲击启动的应力条件降低煤体应力,减少弹性能积聚,提高支护阻力,增加启动难度;② 依据冲击停止的能量条件,在冲击过程中,通过改变煤岩体结构与介质属性,吸收或消耗冲击能;③ 在冲击应力波传播的末端,通过提高巷内支护结构阻尼吸收剩余冲击能,减弱冲击应力波对巷道支护结构的破坏。
提出冲击地压巷道支护结构应具有让压可缩与吸能特性,防冲支护应根据冲击地压能量特性进行分级设计。研发了吸能锚杆索、吸能O 型棚、吸能液压支架等吸能支护装备,利用吸能构件的结合及功能互补特性建立了三级吸能支护体系,三级吸能支护系统具有径向让位、环向可缩以及轴向稳定特性,实现了冲击地压巷道三维立体吸能支护。
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文中部分图片
图1 巷道支护与围岩冲击地压模型
图4 三级吸能支护技术体系
图5 降低区域远场应力
图8 普通锚杆冲击破坏情况
图10 分布式吸能防冲锚杆索阻力与位移关系曲线
图13 吸能O 型棚的阻力与位移关系曲线
图17 三级吸能支护在老虎台矿应用
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潘一山,齐庆新,王爱文,等. 煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术[J]. 煤炭学 ,2020,45(5):1585-1594.
PAN Yishan,QI Qingxin,WANG Aiwen,et al. Theory and technology of three levels support in bump-prone roadway[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(5):1585-1594.
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