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基于冲能吸能平衡效应的冲击地压巷道分级支护研究 被引量：9
1
作者 高明仕 俞鑫 +2 位作者 徐东 贺永亮 赵世帆 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期38-48,共11页
冲击地压是煤炭开采过程中发生的一种动力灾害,主要是由积聚在煤岩中的弹性变形能突然急剧释放造成的,约90%发生在巷道中。巷道冲击破坏不仅与冲击能量直接相关,还与冲击距离远近紧密相关,提出能距比的概念,即冲击震源释放能量与其至巷... 冲击地压是煤炭开采过程中发生的一种动力灾害,主要是由积聚在煤岩中的弹性变形能突然急剧释放造成的,约90%发生在巷道中。巷道冲击破坏不仅与冲击能量直接相关,还与冲击距离远近紧密相关,提出能距比的概念,即冲击震源释放能量与其至巷道距离的比值。根据冲击地压动静载叠加机制和冲能吸能平衡理论,综合考虑冲击震源能距比量级、巷道破坏程度、支护构件吸能、弱结构吸能等特性,建立了巷道围岩冲击矿震稳定性控制模型,分析了冲能、吸能的构成和计算过程,搭建了冲击地压能级与巷道支护强度之间的对应关系,确定了“四高锚网+”为主导技术的煤矿巷道防冲抗震支护体系。根据能距比量级大小,将冲击地压巷道支护安全可靠性分为P1~P4级别,分级对应采取不同支护强度的“四高锚网+”组合支护技术。“四高”锚网支护可对应能距比为102量级的无冲击巷道,“四高锚网+1”(O型钢棚、吸能防冲单元架、围岩弱结构)对应能距比为103量级的冲击地压,“四高锚网+2”对应能距比为104量级的冲击地压,“四高锚网+3”对应能距比为105量级的冲击地压,106及以上量级的冲击危险必须停产、撤人远场处理。结合工程实例进行了巷道防冲支护方案和参数设计,初步验证了理论研究成果的可行性和实用性。研究成果可为我国煤矿冲击地压巷道支护理论研究和工程实践提供一定的参考指导。 展开更多
关键词 冲击地压 巷道围岩控制 冲能吸能平衡 能距比 分级支护
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煤矿冲击地压巷道三级吸能支护的强度计算方法 被引量：20
2
作者 王爱文 潘一山 +5 位作者 齐庆新 徐连满 高明仕 刘金海 代连朋 肖永惠 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3087-3095,共9页
针对冲击危险巷道防冲吸能支护缺乏量化设计方法这一难题,从冲击地压巷道围岩的静-动力学环境与结构特征两方面,开展防冲吸能支护强度计算方法研究。结果表明:由于支护与卸压双重作用,巷道周围形成了以巷内支护层、锚固层、卸压层以及... 针对冲击危险巷道防冲吸能支护缺乏量化设计方法这一难题,从冲击地压巷道围岩的静-动力学环境与结构特征两方面,开展防冲吸能支护强度计算方法研究。结果表明:由于支护与卸压双重作用,巷道周围形成了以巷内支护层、锚固层、卸压层以及原岩层为主的多层圆环结构,各层圆环内的围岩材料性能在巷道围岩径向方向形成典型的梯度结构特征。基于拟静态法,将远场冲击动载荷与围岩静载荷叠加,通过简化锚固层内锚杆(索)支护作用,弱化卸压层内煤岩力学参数,建立了冲击地压巷道围岩梯度结构力学模型。利用梯度结构内多层圆环接触面上的应力计算方法,进行了梯度结构围岩内多层圆环接触面间的受力分析,验证了弱化卸压层内的煤岩力学性能、增加卸压层的结构尺寸、提高锚固层的支护强度,可减小冲击载荷对巷内支护层的作用,提高巷内支护层的抗冲击能力。引入冲击破坏等级系数,建立了吸能防冲支护强度与冲击地压等级间的关系,给出了冲击危险巷道三级吸能防冲支护的强度计算方法,实现了冲击危险巷道吸能防冲支护参数的量化设计。结合某矿具体工程实践,核算了该矿所采用的“锚杆(索)+可缩性36U棚支架+液压抬棚和吸能液压支架”三级吸能防冲支参数最大能够抵抗等级为2级(相当于震源距离巷道100 m,释放108 J能量)的冲击地压。 展开更多
关键词 巷道 冲击地压 三级吸能支护 强度计算 围岩梯度结构
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深部冲击地压巷道锚-架-充协同控制原理及工程应用
3
作者 吴拥政 何思锋 +3 位作者 付玉凯 祖国利 张恒 李军臣 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第5期15-36,共22页
针对深部冲击地压巷道围岩变形控制难题,以某矿402101工作面巷道为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟与工业试验等方法,研究了巷道失稳特征、主控因素及动静载作用下应力传递机制,提出了锚-架-充协同控制技术并开展工程验证。... 针对深部冲击地压巷道围岩变形控制难题,以某矿402101工作面巷道为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟与工业试验等方法,研究了巷道失稳特征、主控因素及动静载作用下应力传递机制,提出了锚-架-充协同控制技术并开展工程验证。研究表明:高动静载耦合、支护材料抗冲能力不足及体系协同性差是导致围岩失稳的主要因素;锚-架-充体系通过锚索预应锚固控裂、U型钢支架让压转能和充填层均匀耗能,形成复合承载结构;基于围岩结构分层理论,巷道围岩划分为支护层、锚固层和原岩层,支护层压应力与冲击地压破坏系数k_(b)、巷道尺寸参数、围岩物理参数、锚杆(索)支护阻力等有关,建立了以支护层压应力与强度关系为核心的冲击风险评估方法,计算实例表明锚-架-充体系可使支护层压应力降低18.5%~42.1%,抵御k_(b)=2.0动载扰动;数值模拟显示,与常规支护相比,塑性区减少79.1%,顶板及巷帮位移降幅近90%,支架被动承载能力充.分激活,能量场分布更优。工程应用中,锚-架-充协同控制巷道最大围岩位移量43 mm,支架最大应力0.34 MPa,结构稳定,有效保障了矿井安全高效生产。 展开更多
关键词 深部巷道 冲击地压 巷道支护 协同控制 能量演化
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基于能量计算的冲击地压巷道三级吸能支护参数确定 被引量：10
4
作者 王爱文 范德威 +4 位作者 潘一山 代连朋 肖永惠 徐连满 陈建强 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期72-81,共10页
煤矿冲击地压的工程治理主要集中体现在冲击地压启动前的"防"与冲击启动后的"止",而如何依据冲击类型及能量特征设计吸能支护参数,有效地"止冲"对削弱冲击破坏程度具有重要意义。为实现冲击地压巷道吸能... 煤矿冲击地压的工程治理主要集中体现在冲击地压启动前的"防"与冲击启动后的"止",而如何依据冲击类型及能量特征设计吸能支护参数,有效地"止冲"对削弱冲击破坏程度具有重要意义。为实现冲击地压巷道吸能支护参数的量化设计,通过分析不同类型冲击地压释放的能量主体与破坏特征,指出了冲击危险巷道三级吸能支护方式的选择原则;基于能量守恒原理,考虑冲击释放能级、围岩破坏特征以及支护装备力学特性,给出了三级吸能支护参数的确定方法。研究结果表明:煤体压缩型冲击地压释能主体为煤体,释放能量一般不大于10~6J;顶板断裂型冲击地压释能主体为顶底板围岩,坚硬顶板断裂时释放能量不低于10~6J;断层错动型冲击地压释能主体为断层,释放能量在10~7J以上。不同类型冲击地压发生后,巷道围岩表现出不同程度的震动破坏,吸能支护设计应遵循原则:冲击能量分级设防、锚杆锚索主动支护优先、全断面主-被动联合支护、巷道支护结构整体稳定性与经济性。进行防冲支护参数设计时应采用逐次递进法设计吸能锚索、吸能U/O型棚、吸能液压支架的支护参数,当吸能锚索支护间距小于0.8 m时,升级为二级吸能计算,当吸能U/O型棚的排距小于0.6 m时,升级为三级吸能计算。现场实践表明:基于能量法的巷道支护参数可靠,防冲效果显著。 展开更多
关键词 冲击地压 冲击类型 释能主体 三级吸能支护 能量计算
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橡胶垫层吸能缓冲构件对锚杆支护系统抗冲击性能的影响机理
5
作者 卢志国 高富强 +6 位作者 娄金福 董双勇 彭相愿 白刚 王晓卿 杨磊 付玉凯 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1499-1510,共12页
冲击危险巷道的防冲支护实践表明,锚杆支护系统中安装吸能缓冲构件可显著改善其抗冲击性能。以橡胶垫层作为吸能缓冲构件,采用自主研制的冲击试验平台开展了吸能缓冲构件对多锚杆支护系统抗冲击性能影响机理的试验研究。通过对有、无吸... 冲击危险巷道的防冲支护实践表明,锚杆支护系统中安装吸能缓冲构件可显著改善其抗冲击性能。以橡胶垫层作为吸能缓冲构件,采用自主研制的冲击试验平台开展了吸能缓冲构件对多锚杆支护系统抗冲击性能影响机理的试验研究。通过对有、无吸能垫层两种工况下锚杆支护系统进行冲击加载试验,得到锚杆变形、载荷、吸能及围岩破碎特征等参量的响应特征,定量阐释了吸能缓冲构件对支护系统抗冲击性能的影响机制。研究表明:锚杆支护系统经历冲击作用时,锚杆载荷的动态响应早于变形,且安装吸能缓冲构件时锚杆载荷、变形及响应“时-速”均显著降低,表明吸能缓冲构件能够改善锚杆支护系统的抗冲击性能;吸能缓冲构件通过塑性变形消耗部分冲击能量,降低支护系统中主要构件的吸能需求,锚杆吸能速率降低是能量吸收量降低与响应时间延长双重作用的结果;吸能缓冲构件有利于均衡锚杆群受力,与各支护构件协同承载,进而提升支护系统的抗冲击性能,支护系统各冲击响应指标的标准差显著降低,其中锚杆吸能速率降低尤为明显,降幅达77.89%;安装吸能缓冲构件,围岩破坏程度,围岩裂隙迹线长度、分形维数及质量损失比等定量指标显著降低,吸能缓冲构件防冲作用表现在抑制裂隙扩展、张开及防止破裂后碎块分离弹射2个方面。研究成果可为冲击危险巷道锚杆支护系统的优化设计提供有益参考。 展开更多
关键词 锚杆 吸能缓冲构件 动态响应特征 冲击地压 巷道支护
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煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术 被引量：81
6
作者 潘一山 齐庆新 +5 位作者 王爱文 肖永惠 陈建强 吕祥锋 徐连满 代连朋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1585-1594,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 巷道 冲击地压 启动应力条件 停止能量条件 三级支护
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多孔金属材料刚柔吸能结构及其在冲击地压巷道支护中的应用 被引量：7
7
作者 吕祥锋 潘一山 李忠华 《防灾减灾工程学报》 CSCD 2011年第2期185-190,共6页
多孔金属材料是一种新型功能和结构材料,具有良好的吸能、减震和阻尼特性。根据多孔金属材料的吸能特性,研究了多孔金属材料耗散能量准则,分析了多孔金属材料应用于冲击地压巷道支护的可行性。基于多孔金属材料的耗散能量准则,首次建立... 多孔金属材料是一种新型功能和结构材料,具有良好的吸能、减震和阻尼特性。根据多孔金属材料的吸能特性,研究了多孔金属材料耗散能量准则,分析了多孔金属材料应用于冲击地压巷道支护的可行性。基于多孔金属材料的耗散能量准则,首次建立了刚柔吸能支护结构模型,将多孔金属材料应用于冲击地压巷道支护结构中,并利用FLAC 3D计算软件,对刚柔吸能支护巷道冲击破坏进行数值模拟。研究结果表明,刚柔吸能支护可高效吸收冲击能量、缓冲作用荷载及大幅度提高巷道围岩的可靠程度,是防治冲击地压发生和降低动力灾害的一种有效方法。 展开更多
关键词 多孔金属材料 刚柔吸能支护结构 冲击地压 巷道
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巷帮煤体整体滑脱型冲击地压锚杆防冲支护原理及工程实践 被引量：5
8
作者 韩军 李广汉 +2 位作者 郭宝龙 马双文 CAO Chen 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期117-125,共9页
冲击地压是目前严重影响煤炭安全有效开采的灾害之一,研究锚杆防冲支护原理和技术对防治巷道冲击地压灾害具有重要意义和价值。通过对巷帮煤体整体冲入型冲击地压发生的地质条件以及破坏特征进行总结分析,认为坚硬顶板与坚硬煤层是此类... 冲击地压是目前严重影响煤炭安全有效开采的灾害之一,研究锚杆防冲支护原理和技术对防治巷道冲击地压灾害具有重要意义和价值。通过对巷帮煤体整体冲入型冲击地压发生的地质条件以及破坏特征进行总结分析,认为坚硬顶板与坚硬煤层是此类型冲击地压的重要地质特征,而巷帮煤体整体滑脱是其主要冲击破坏特征。在此基础上,以巷帮滑脱煤体为研究对象,建立了顶板-巷道-底板复合结构体力学模型,建立了巷帮煤体发生水平滑移的极限平衡方程,并对各个参数进行分析。结果表明:由于顶板反弹使巷帮煤体竖直方向压力降低,巷帮煤体被构造应力推入巷道发生冲击地压。基于该发生机制模型,认为目前的锚杆支护设计体系在防治巷帮煤体冲入型冲击地压存在不足,并基于其发生和破坏特征,建立了针对巷帮煤体整体滑脱型冲击地压的锚杆防冲支护设计原则,即将顶和底帮锚杆锚固端分别穿层打入稳定的顶底板内,并使用长锚索取代中部帮锚杆,提供锚杆支护的防冲作用。基于新建立的锚杆防冲支护设计方法,以大屯矿区孔庄煤矿7305工作面防冲支护为工程背景,在宽煤柱段巷帮锚杆支护采取了防冲设计,帮顶、底部锚杆及补强锚索均锚固于顶底板内部,能够有效吸收煤体滑动动能,提高安全性。 展开更多
关键词 冲击地压 坚硬顶板 回采巷道 整体滑脱 锚杆防冲支护
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深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究与实践 被引量：192
9
作者 康红普 吴拥政 +1 位作者 何杰 付玉凯 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期2225-2233,共9页
以义马常村煤矿深部冲击地压巷道为工程背景,介绍了深部冲击地压巷道围岩地质力学参数分布特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征及主要影响因素,揭示出锚杆支护对冲击地压巷道变形的本质作用是保持围岩完整性,在围岩中形成支护应... 以义马常村煤矿深部冲击地压巷道为工程背景,介绍了深部冲击地压巷道围岩地质力学参数分布特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征及主要影响因素,揭示出锚杆支护对冲击地压巷道变形的本质作用是保持围岩完整性,在围岩中形成支护应力场,降低应力集中系数,改善巷道围岩应力分布,充分发挥围岩的抗冲击能力。提出冲击地压巷道支护形式选择原则,介绍了高冲击韧性锚杆支护材料力学性能及锚杆支护参数设计方法。针对常村煤矿21220下巷条件,提出以全长预应力锚固、高强度、高冲击韧性锚杆与锚索支护为主,以金属支架为辅的复合支护方式,并进行了井下工业性试验。矿压监测数据表明,该种支护方式与围岩的整体抗冲击能力强,能够有效控制深部冲击地压巷道变形与破坏。在冲击能量影响下,锚杆、锚索受力特征明显不同于普通巷道,呈波浪状或锯齿状变化趋势。 展开更多
关键词 煤矿巷道 冲击地压 锚杆支护 支护作用 井下试验
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冲击地压矿井巷道支护理论研究及应用 被引量：236
10
作者 潘一山 肖永惠 +1 位作者 李忠华 王凯兴 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期222-228,共7页
针对现有支护理论、支护方法不能有效解决煤矿巷道冲击地压的问题,建立了冲击地压作用下的巷道围岩与支护响应的动力学模型,分析了支护刚度和支护阻尼对上覆岩体动力响应的影响,并由此提出了冲击地压矿井巷道支护设计的两个新思路,即提... 针对现有支护理论、支护方法不能有效解决煤矿巷道冲击地压的问题,建立了冲击地压作用下的巷道围岩与支护响应的动力学模型,分析了支护刚度和支护阻尼对上覆岩体动力响应的影响,并由此提出了冲击地压矿井巷道支护设计的两个新思路,即提高支护刚度和快速吸能让位支护。其中,提高支护刚度主要以研制高强度的巷道液压支架为主,通过采用刚度较大的梁体和工作阻力较高的液压支柱来增加支护体系的整体刚度;快速吸能让位支护则采用多孔泡沫金属材料或吸能构件来增大支护中的阻尼系数,即利用其优异的吸能特性使支护体系能够在围岩冲击下快速吸收冲击能并稳定地变形让位,最终防止支护体系失效与巷道破坏,并据此研发了一种新型防冲吸能巷道液压支架并准备进行现场试验研究。 展开更多
关键词 冲击地压 刚性支护 防冲吸能支护 吸能构件
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冲击地压巷道围岩支护作用动力学分析 被引量：20
11
作者 唐治 潘一山 王凯兴 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期1532-1538,共7页
建立了冲击地压巷道围岩支护作用动力学模型,模型将上覆岩层简化为由多个质量块组成的块系,岩块简化为刚体,岩块间的连接简化为Kelvin-Voigt模型,把支护系统简化为弹簧和耗能阻尼器,初始岩块受冲击载荷作用。支护系统中阻尼为零时,为常... 建立了冲击地压巷道围岩支护作用动力学模型,模型将上覆岩层简化为由多个质量块组成的块系,岩块简化为刚体,岩块间的连接简化为Kelvin-Voigt模型,把支护系统简化为弹簧和耗能阻尼器,初始岩块受冲击载荷作用。支护系统中阻尼为零时,为常规支护系统;支护系统中阻尼大于零时,为吸能防冲支护系统。分析得出:加强支护,提高支护强度,可以大幅度减少巷道冲击载荷作用下围岩加速度和位移幅值;支护系统中加入阻尼构件有利于快速平息围岩震动,增强支护抗冲击载荷能力,提高巷道围岩稳定性。提出了高强度吸能支护防治巷道冲击地压,为冲击地压巷道安全防冲支护设计提供理论依据。 展开更多
关键词 冲击地压 动力学模型 围岩支护 吸能防冲
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煤矿冲击地压巷道支护技术发展与展望 被引量：27
12
作者 鞠文君 杨鸿智 +3 位作者 付玉凯 焦建康 李中伟 孙刘伟 《煤炭工程》 北大核心 2022年第11期1-6,共6页
基于巷道支护对冲击地压防治的重要性以及冲击地压巷道支护技术研究的迫切性,从冲击地压巷道支护理论与技术、主要支护形式和支护材料方面总结了近10年来我国冲击地压巷道支护技术取得的重要研究成果,并从冲击地压巷道支护机理、防冲思... 基于巷道支护对冲击地压防治的重要性以及冲击地压巷道支护技术研究的迫切性,从冲击地压巷道支护理论与技术、主要支护形式和支护材料方面总结了近10年来我国冲击地压巷道支护技术取得的重要研究成果,并从冲击地压巷道支护机理、防冲思维、支护技术的实用性、监测技术、智能化采掘等方面对冲击地压巷道支护技术的发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 冲击地压 锚杆支护 吸能让压 防冲支架 智能防冲
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刚柔耦合吸能支护煤岩巷道冲击破坏相似试验与数值计算对比分析 被引量：11
13
作者 吕祥锋 潘一山 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期477-482,共6页
冲击地压巷道支护问题一直是研究的热点。采用相似模拟试验和数值模拟的研究方法,对裸巷和刚柔吸能支护巷道的冲击破坏过程进行研究。试验和数值计算结果均表明,无支护巷道冲击变形破坏较严重,在巷道顶板和两帮壁面均出现裂缝扩展和贯通... 冲击地压巷道支护问题一直是研究的热点。采用相似模拟试验和数值模拟的研究方法,对裸巷和刚柔吸能支护巷道的冲击破坏过程进行研究。试验和数值计算结果均表明,无支护巷道冲击变形破坏较严重,在巷道顶板和两帮壁面均出现裂缝扩展和贯通,甚至出现抛出物冲入巷道和塌落现象;刚柔吸能支护具有缓冲和吸收冲击能作用,表现为巷道顶板和两帮壁面发生向巷道内部变形,同时有局部壁面出现裂缝,但巷道整体性完好;裸巷和吸能支护巷道冲击破坏规律基本一致,吸能支护巷道冲击破坏程度弱,整体性好,刚柔耦合支护更有利于冲击地压巷道支护。 展开更多
关键词 相似模拟试验 煤岩巷道 巷道支护 数值计算 吸能 冲击破坏 刚柔耦合 冲击地压
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高冲击韧性锚杆(索)主动支护技术 被引量：1
14
作者 杨超 付玉凯 +2 位作者 董亚东 李鹏 任杰 《煤炭工程》 北大核心 2025年第4期34-40,共7页
针对冲击地压巷道围岩变形破坏严重、支护强度低等难题,分析了应力波对巷道的影响,开发了高冲击韧性锚杆(索),提出了高冲击韧性锚杆和高强锚索协同防冲作用机理。以母杜柴登矿30207风巷为工程背景,依据巷道条件环境,从支护材料和支护体... 针对冲击地压巷道围岩变形破坏严重、支护强度低等难题,分析了应力波对巷道的影响,开发了高冲击韧性锚杆(索),提出了高冲击韧性锚杆和高强锚索协同防冲作用机理。以母杜柴登矿30207风巷为工程背景,依据巷道条件环境,从支护材料和支护体结构进行了高冲击韧性锚杆(索)支护的设计与应用。从现场监测结果可知,试验区巷道变形得到明显控制,变形主要以底鼓和两帮变形为主,巷道掘进期间底鼓量达到400 mm,两帮移近量达到300 mm。随着巷道掘进,顶板锚杆(索)受力逐渐稳定,受力分别为170 kN、150 kN;回采帮锚杆(索)受力差别较大,锚杆轴力逐渐损失并逐步稳定;煤柱侧帮锚杆受力波动大,锚索受力相对较小,受力位于70~110 kN。总体来看,该支护方案提高了巷道支护强度,保证了巷道围岩稳定性,支护效果良好。 展开更多
关键词 冲击地压 高冲击韧性锚杆(索) 主动支护 巷道围岩控制
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巷道防冲吸能钢管混凝土拱架支护性能研究 被引量：6
15
作者 许海亮 高晗钧 +2 位作者 宋义敏 安栋 郑鑫雷 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期53-62,共10页
针对目前巷道支护中钢管混凝土拱架缺乏可缩让压性能的问题,从吸能让位角度设计了一种防冲吸能钢管混凝土拱架结构。通过Abaqus建立新型钢管混凝土拱架与围岩组合模型,在静载与动载两种荷载状态下,对比分析新型拱架对巷道的支护效果与... 针对目前巷道支护中钢管混凝土拱架缺乏可缩让压性能的问题,从吸能让位角度设计了一种防冲吸能钢管混凝土拱架结构。通过Abaqus建立新型钢管混凝土拱架与围岩组合模型,在静载与动载两种荷载状态下,对比分析新型拱架对巷道的支护效果与抗冲击能力。结论如下:①根据合理的让位阻力特性设计吸能构件壁厚与尺寸,在拱架上部连接处和底弧段中部设置吸能构件,可避免弯曲过大发生失稳。套管形状依据U型钢拱架卡揽结构设置为折纹型,与拱架摩擦实现缩动让压;②在竖向与侧向冲击下,优化后拱架支护巷道各点位移量呈减少趋势,降低了拱架顶弧段下沉与底弧段上拱,支护效果更强;③静载作用下,优化后拱架与吸能构件接触后,拱架各点处塑性应变不再增加,吸能构件代替拱架发生形变。在受到动载后,吸能构件能快速响应,同时拱架两帮拐角发生弯曲变形,其余部分仍未发生明显变形。吸能构件压溃后,拱架整体塑性应变开始增加,最终优化后拱架各点等效塑性应变竖向与侧向冲击下分别降低了10%~50%和13%~78%。 展开更多
关键词 钢管混凝土 吸能构件 防冲设计 巷道支护 冲击地压
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深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理与技术 被引量：91
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作者 吴拥政 付玉凯 +3 位作者 何杰 陈金宇 褚晓威 孟宪志 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期132-144,共13页
针对深部冲击地压巷道高应力、强冲击造成的强矿压显现难题,分析了深部冲击地压巷道围岩变形破坏特征,确定了导致深部冲击地压巷道强冲击显现的防控难点,揭示了巷道冲击破坏机制。在分析深部冲击地压巷道破坏机制的基础上,建立了深部冲... 针对深部冲击地压巷道高应力、强冲击造成的强矿压显现难题,分析了深部冲击地压巷道围岩变形破坏特征,确定了导致深部冲击地压巷道强冲击显现的防控难点,揭示了巷道冲击破坏机制。在分析深部冲击地压巷道破坏机制的基础上,建立了深部冲击地压巷道围岩力学模型,分析了动、静叠加载荷、支护应力、围岩力学属性与莫尔圆间的相互作用关系,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理。通过对巷道围岩远、近场进行卸压,从动、静载荷角度降低巷道冲击能量和所受应力;利用高预应力、高强度、高延伸率及高冲击韧性“四高”锚杆(索)主动支护,结合围岩结构重塑技术,提高巷道围岩自承载和抗冲击能力;结合钢棚、缓冲垫层及防护支架,通过高阻尼作用快速抑制巷道围岩的冲击震动。通过协调“卸压-支护-防护”3种技术手段的时空关系,改变冲击地压巷道能量释放、传播及耗散形式。基于“卸压-支护-防护”协同防控原理,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控技术,开发了长、短孔分段水力压裂工艺,研发了配套的压裂机具和设备;研制了高冲击韧性锚杆(索)系列支护材料,大幅度提高了支护材料的强度和韧性;提出了以钢棚、缓冲垫层及防护支架为一体的巷道复合防护结构,复合防护结构能有效吸收巷道围岩内的冲击动能,抑制围岩震动。研究成果在蒙陕和义马典型冲击地压矿井开展了工业性试验,“卸压-支护-防护”协同防控技术改变了厚层坚硬岩层冲击能量释放形式,有效抵御了高动、静叠加载荷,减小了巷道围岩整体冲击变形,控制了深部冲击地压巷道围岩稳定。 展开更多
关键词 冲击地压 远、近场卸压 “四高”锚杆(索) 三级防控 深部巷道
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深部冲击地压矿井刚柔一体化吸能支护技术 被引量：27
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作者 刘军 欧阳振华 +2 位作者 齐庆新 赵善坤 李晓璐 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2013年第6期17-20,共4页
为了实现冲击地压发生时不造成人员伤亡和设备损坏的目的,基于深部矿井巷道围岩变形破坏特性,提出了一种刚柔一体化吸能支护方法。采用数值模拟的方法,对比研究了柔性让压支护和刚柔一体化吸能支护对冲击载荷的力学响应,数值模拟结果显... 为了实现冲击地压发生时不造成人员伤亡和设备损坏的目的,基于深部矿井巷道围岩变形破坏特性,提出了一种刚柔一体化吸能支护方法。采用数值模拟的方法,对比研究了柔性让压支护和刚柔一体化吸能支护对冲击载荷的力学响应,数值模拟结果显示,相对于柔性让压支护,刚柔一体化吸能支护能有效吸收能量和释放应力,应力最大值降幅达72%,能量最大降幅达96.58%,最小降幅达60.02%。刚柔一体化吸能支护技术在跃进煤矿25110工作面下平巷得以应用,有效避免了2次大能量冲击地压事故对巷道、人员和设备的破坏,验证了刚柔一体化吸能支护的防冲效果。 展开更多
关键词 深部开采 冲击地压 巷道支护 刚柔一体化吸能支护 柔性让压支护
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基于能量计算的冲击地压巷道支护参数确定方法研究 被引量：1
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作者 付玉凯 《煤炭工程》 北大核心 2023年第12期15-21,共7页
为实现冲击地压巷道支护参数的定量化确定,提出了基于能量计算的冲击地压巷道支护参数确定方法,主要包括巷道冲击危险性评估、震源参数、巷道围岩最大冲击动能和支护结构吸能量确定。利用理论计算、数值模拟及实验室测试等方法确定出了... 为实现冲击地压巷道支护参数的定量化确定,提出了基于能量计算的冲击地压巷道支护参数确定方法,主要包括巷道冲击危险性评估、震源参数、巷道围岩最大冲击动能和支护结构吸能量确定。利用理论计算、数值模拟及实验室测试等方法确定出了耿村矿13230工作面上巷的单位面积释放的冲击动能和位移势能之和为78.53 kJ/m^(2),基于能量计算方法确定了13230工作面上巷的支护参数,三级支护系统吸能量为82.66 kJ/m^(2),并在井下进行了工业性试验,试验结果表明:锚杆(索)初始受力较低,随着围岩变形的增加,锚杆(索)受力逐步增加,然后保持稳定。在大能量冲击事件作用下,锚杆支护结构受力出现了一定的波动,但巷道变形量不大,三级支护系统有效控制了巷道在高能量事件下的变形破坏,有效耗散了冲击动能。 展开更多
关键词 深部巷道 锚杆支护 冲击地压 能量计算 支护参数
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冲击地压矿井巷道吸能防冲液压支架防冲效果研究 被引量：11
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作者 安栋 陈征 +2 位作者 宋义敏 宋嘉祺 许海亮 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期12-19,共8页
为提升现有巷道支护体系的抗冲击能力,在已有常规巷道门式液压支架的基础上进行吸能防冲设计,并从能量吸收、液压支架整体变形以及冲击荷载作用下支护反力大小、波动性等方面进行研究分析,验证吸能液压支架在冲击荷载作用下的支护性能... 为提升现有巷道支护体系的抗冲击能力,在已有常规巷道门式液压支架的基础上进行吸能防冲设计,并从能量吸收、液压支架整体变形以及冲击荷载作用下支护反力大小、波动性等方面进行研究分析,验证吸能液压支架在冲击荷载作用下的支护性能。首先基于能量守恒原理对支护吸能特性的理论依据及必要性进行研究分析,结合现有预折纹自引导吸能装置进行数值模拟与试验分析。数值模拟结果与试验过程一致,明确了数值模拟的可行性,并总结其变形吸能特性,进而对常规液压支架进行吸能防冲设计。采用数值模拟的方法从多方面进行常规液压支架与吸能液压支架的防冲性能对比,结果表明:相同冲击荷载作用下,液压支架施设吸能装置后的吸能液压支架的支架部分塑性能仅为常规支架的65%,最大等效塑性应变仅为常规液压支架部分的62%,屈服区域面积占比为常规液压支架的85%,反力均值为常规液压支架的53%;采用快速傅里叶变换对支护反力进行频谱分析,从而对比分析常规液压支架与吸能液压支架在冲击荷载作用下支护反力的波动性,吸能液压支架的支护反力较常规液压支架更为平稳。结合各方面结果分析,吸能液压支架具有良好的承载特性及吸能防冲能力,施设吸能装置对于液压支架本身以及巷道围岩土体均具有一定的保护作用。 展开更多
关键词 冲击地压 吸能防冲支护 能量守恒原理 吸能装置 巷道防冲 液压支架
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特大断面冲击地压巷道破坏机理及控制技术研究 被引量：34
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作者 吴拥政 何杰 王洋 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第1期61-67,共7页
为解决马耿村矿特大断面冲击地压巷道支护难题,介绍了巷道地质条件及围岩地质力学参数特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征,冲击地压巷道变形破坏的主要影响因素是高应力、强动载、卸压和支护体系。频繁冲击能量会产生冲击破坏效... 为解决马耿村矿特大断面冲击地压巷道支护难题,介绍了巷道地质条件及围岩地质力学参数特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征,冲击地压巷道变形破坏的主要影响因素是高应力、强动载、卸压和支护体系。频繁冲击能量会产生冲击破坏效应;卸压措施会对冲击地压巷道围岩结构及支护体系产生巨大影响;主动支护体系失效导致冲击地压巷道变形严重破坏。提出特大断面冲击地压巷道矿压特征明显不同于非冲击地压巷道,不同区域及位置的巷道表面位移和顶板离层差异较大;受掘进影响巷道变形更快速更剧烈,稳定时间更长;冲击地压巷道锚杆锚索受力呈锯齿形或台阶形剧烈波动。在耿村矿进行试验,13230上平巷掘进断面超过30 m2,属特大断面冲击地压巷道。矿压监测数据显示,采用提出的支护方案后围岩变形得到有效控制,巷道支护状况得以明显改善。 展开更多
关键词 冲击地压 特大断面巷道 锚杆支护 巷道变形
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