一种基于支护吸能装置消波耗能特性防治冲击地压的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115977732A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202211681448.5E21D23/04(2006.01)(22)申请日2022.12.27E21D23/06(2006.01)E21D23/03(2006.01)(71)申请人东北大学地址110000辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号申请人辽宁大学(72)发明人王伟潘一山肖永惠王纬宇高学鹏崔磊任何(74)专利代理机构郑州豫开专利代理事务所(普通合伙)41131专利代理师朱俊峰(51)Int.Cl.E21F17/00(2006.01)E21D21/00(2006.01)E21D11/14(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种基于支护吸能装置消波耗能特性防治冲击地压的方法(57)摘要本发明公开了一种基于支护吸能装置消波耗能特性防治冲击地压的方法，适用于以刚性支护为主，缺乏有效吸能支护技术装备并难以适应瞬时大能量动力作用的冲击地压矿井巷道和岩爆隧道支护，该方法特点在于通过能与冲击地压矿井、岩爆隧道等采用的多种传统支护合理装配而浑然一体的多形式吸能构件，使其既具备静态压力作用下的巷道（隧道）支护能力（有一定静压承载能力），又能在冲击载荷作用下通过自身结构的压缩屈曲变形、撕裂变形或滑动摩擦变形等，抑制临近岩体的震动响应幅值，从而快速平息巷道（隧道）围岩震动和吸收有害冲击能；克服了传统刚性支护无法快速吸收大量冲击能，在冲击动力载荷作用下使巷道（隧道）支护瞬间破坏失效的问题。CN115977732ACN115977732A权利要求书1/2页1.一种基于支护吸能装置消波耗能特性防治冲击地压的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）基于冲击地压矿井提供的工作面巷道围岩地质资料和工作面区域微震监测数据，明晰矿井各巷道顶底板围岩的岩性、层厚、地质构造、水文地质情况、相邻区域采掘情况、矿井历史冲击地压发生情况及煤岩层冲击倾向性情况，了解各工作面巷道不同区域内的能量事件和对应事件的能量大小；（2）根据煤矿冲击地压扰动响应失稳理论，得到冲击载荷作用下围岩与巷道支护间的动力响应关系（围岩质量块的刚度、变形、位移、速度、加速度和能量与巷道支护体系间的动力响应关系），以此为冲击地压矿井各工作面巷道支护吸能装置的设计提供理论依据；（3）根据工作面巷道区域微震监测能量事件的能量大小和巷道围岩的煤岩层冲击倾向性、顶板上方厚度超过10m的硬岩层分布情况及相应区域的地质构造情况（断层、褶曲等构造），综合上述信息，提前预判可能产生的冲击能量大小，为了安全起见，将预判可能产生的冲击能量乘以安全系数1.5，以此通过冲击源释放能量逐级传递而引发巷道围岩体震动速度方程，得到距冲击源不同距离位置处巷道围岩体的震动速度，进而计算出巷道顶部、巷道帮部的围岩变形量和支护吸能量；（4）基于步骤（3）中计算出的巷道顶部、巷道帮部的围岩变形量和支护吸能量，根据工作面巷道所采用的支护形式，选择对应的满足吸能要求的支护吸能装置，并视现场情况需要，可在巷道支护体中的一处或多处安设吸能装置，以此来显著提升巷道支护体系的吸能抗冲能力。2.根据权利要求1所述的一种基于支护吸能装置消波耗能特性防治冲击地压的方法，其特征在于：所述步骤（2）中由煤矿冲击地压扰动响应失稳理论得出的冲击载荷作用下围岩与巷道支护间的动力响应关系，可通过冲击载荷下巷道围岩－支护动力耦合力学关系进行描述，由于深部围岩断裂破碎较发育，可将围岩简化为由若干个煤岩刚性块体mi、弹簧ki及摩擦黏壶ci组成，因此，将巷道围岩和支护体系简化为质量块mi、弹簧ki和摩擦黏壶ci，冲击载荷作用下的巷道围岩与支护间的动力耦合关系可用冲击载荷下巷道围岩－支护动力耦合力学模型表示，假设围岩刚性块体共有n块，初始时刻，支护体系为块系岩体提供的支护阻力为p，块体受重力作用，系统处于静力平衡状态；当系统受到外界冲击动载作用f(t)，作用于块系岩体上端时，则系统的动力响应微分方程为：，其中M为块系岩体的质量矩阵，反映围岩支护系统惯性；C为阻尼矩阵，反映围岩支护系统能量耗散；K为刚度矩阵，反映围岩支护系统能量积聚；F(t)为冲击载荷矩阵，反映冲击地压震源特性；x(t)为块体的位移向量；δ为静力平衡时块体的位移向量。3.根据权利要求2所述的一种基于支护吸能装置消波耗能特性防治冲击地压的方法，其特征在于：所述步骤（3）中冲击源释放能量逐级传递而引发巷道围岩体的震动速度方程为，εE为冲击释放的能量，lR为冲击源与巷道中某个位置的距离，vE为距冲击源不同距离位置处巷道围岩体的震动速度。4.根据权利要求3所述的一种基于支护吸能装置消波耗能特性防治冲击地压的方法，其特征在于：所述步骤（3）中距冲击源不同距离