[發明專利]一種防止沖擊地壓的巷道支護方法

有效

• 申請號: 201410767430.6
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104612705A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 陸菜平;劉洋;劉廣建;張農
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所 32205
• 代理人: 華德明

技術領域

本發明涉及一種防止沖擊地壓的巷道支護方法，具體涉及一種利用吸能材料進行巷道支護的方法。

背景技術

隨著煤礦開采深度的增加和開采范圍的擴大，礦井下沖擊地壓的現象越來越嚴重。沖擊地壓現象的產生是由于煤巖體中的壓力超過煤巖體的強度極限，聚積在巷道或采場周圍煤巖體中的能量突然釋放，在井巷發生爆炸性事故，動力將煤巖拋向巷道，同時發出劇烈聲響，是一種開采誘發的礦山地震，不僅造成井巷破壞、人員傷亡、地面建筑物破壞，還會引發瓦斯、煤塵爆炸以及水災，干擾通風系統，嚴重威脅著煤礦的生產安全。

現有技術中針對巷道支護主要采用三種支護方式：一是被動剛性支護，如采用砌碹、U型鋼全封閉支架和架棚后再噴漿的復合支護技術，但是在地壓沖擊力較大時，支護體容易被壓垮、壓裂和壓折；二是采用錨桿、錨索加網加噴混凝土和淺表部圍巖注漿等復合支護技術，但是在高應力條件下，這類錨固體會出現整體大變形，甚至斷錨桿斷錨索導致事故；三是采用先讓壓變形，釋放部分應力，然后進行錨桿加錨索加網加鋼帶加噴混凝土復合支護，或采用支架、砌碹體預留變形量或墊層，或采用大變形錨索，但是這種支護方式需要預先采取措施進行釋壓，工程量較大，支護過程較為繁雜。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種防止沖擊地壓的巷道支護方法，可以在沖擊地壓現象發生時主動吸收沖擊地壓的沖擊波，減弱沖擊地壓的強度，增強支護效果，降低沖擊地壓對巷道的破壞。

為了實現上述目的，所述支護方法包括以下步驟：a、根據在礦井下測量的不同能量級別的礦震信號，得到煤礦井下的震動頻率范圍；b、制作超材料吸能平板，平板的吸波頻段在礦井震動頻率范圍之間；c、按巷道斷面的形狀開挖巷道，并在懸頂范圍內打好錨桿鉆孔，然后利用錨桿將超材料吸能平板錨固在巷道頂板及巷幫上。

超材料吸能平板包括支撐框架、彈性薄膜和小磁鐵，所述支撐框架由兩個耐高溫的阻燃板組成并用緊固件連接在一起，阻燃板上設有均勻排列的若干方形孔，彈性薄膜安裝在兩塊阻燃板之間，每個方形孔處的彈性薄膜的兩側均具有兩個對吸的小磁鐵。

組成支撐框架的耐高溫阻燃板為超強聚丙烯板。

彈性薄膜為橡膠薄膜。

超強聚丙烯耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、可回收利用，具有較優良的抗沖擊性和拉伸強度，重量輕，安裝維修方便。橡膠薄膜具良好的壓縮性，抗磨及伸長力。

步驟a中煤礦井下的震動頻率的范圍通過微震監測系統測得。微震監測是通過監測巖體變形破裂產生的震動，自動記錄并保存微震時間的波形數據從而得到井下的震動頻率。

步驟b中選擇相應吸波頻段的超材料吸能平板的步驟如下：

(1)將超材料吸能平板的試塊固定在激振器上，利用激振器模仿礦井下的震動，為平板提供不同頻率的振動；

(2)利用單點式激光測振儀進行監測，將激光打在平板開口處的小磁鐵上；打開激振器提供振動源，從0開始調節激振頻率，調節步距為5HZ，激振頻率范圍為0～200HZ，每調節一次激振頻率，待穩定后保存一次測振儀測得的振動圖像；

(3)利用單點式激光測振儀進行監測，將激光打在平板開口處的薄膜上；打開激振器提供振動源，從0開始調節激振頻率，調節步距為5HZ，激振頻率范圍為0～200HZ，每調節一次激振頻率，待穩定后保存一次測振儀測得的振動圖像；

(4)通過Origin軟件做出不同激振頻率下小磁快振幅和薄膜振幅的最大值曲線；

(5)對比小磁鐵與薄膜的振幅曲線圖，得到二者共振衰減的聲頻段，即為相應激振頻率的吸收聲波的頻段；

(6)超材料吸能平板的共振吸波頻率可以通過調整小磁鐵的質量或者彈性薄膜的厚度來改變。

本發明利用超材料的吸波性能，可以主動吸收地壓沖擊的沖擊波，減弱沖擊地壓的強度，從而增強支護效果，提高井下工作人員的安全防護系數；超材料平板制作簡單，經濟投入較低，可以在安裝支護錨固件的同時一起安裝，減少了巷道支護工程量；超材料平板可以根據不同煤礦井下的震動頻率，調節各部分的具體參數以實現不同的吸波頻段，適用范圍較廣。

附圖說明

圖1是超材料吸能平板的示意圖；

圖2是雙自由度彈簧質量系統模型；

圖3是矩形巷道的支護安裝示意圖；

圖4是梯形巷道的支護安裝示意圖；

圖5是拱形巷道的支護安裝示意圖；

圖6是某礦井下不同能量級別下礦震信號監測表格；

圖7是不同激振頻率小磁鐵振幅最大值曲線；

圖8是不同激振頻率薄膜振幅最大值曲線；