煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术

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

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。

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;