一種防止沖擊地壓的巷道支護方法技術

本發明專利技術公開了一種防止沖擊地壓的巷道支護方法，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。本發明專利技術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。

【技術實現步驟摘要】
一種防止沖擊地壓的巷道支護方法
本專利技術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。
技術介紹
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。
技術實現思路
為解決上述問題，本專利技術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。本專利技術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；圖9是小磁鐵與薄膜曲線對比圖；圖10是聲學振動模式時小磁鐵的頻譜曲線；圖11是光學振動模式時小磁鐵的頻譜曲線。圖中：1、支撐框架；2、彈性薄膜；3、小磁鐵；4、錨桿；5、為錨索；6、超材料吸能平板。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步說明。一種防止沖擊地壓的巷道支護方法，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；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。微震監測系統主要分為三個部分，即傳感器，數據采集器、時間同步、數據通信、服務器等部分。傳感器將地層運動(地層速度或加速度)轉換成一個可衡量的電信號。非地震傳感器也可以用于微地震網絡的案例。數據采集器負責將來自傳感器的模擬電信號轉換成數字信號。數據可以連續記錄，或采用觸發模式，通過觸發算法來確定是否記錄傳輸微震事件數據。微震數據同時傳輸到一個中央計算機或本地磁盤進行儲存或處理。微震系統可以采用多種數據通訊手段，以適應不同的系統環境需要。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；超材料吸能平板包括支撐框架1、彈性薄膜2和小磁鐵3，所述支撐框架1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2安裝在兩塊阻燃板之間，每個方形孔處的彈性薄膜2的兩側均具有兩個對吸的小磁鐵3。組成支撐框架1的耐高溫阻燃板為超強聚丙烯板。彈性薄膜2為橡膠薄膜。如圖1所示，在兩塊平板上均開有均勻排列的方形孔，將橡膠薄膜夾在兩塊開了孔的平板之間，兩平板用螺絲釘或者其他緊固件固定做成支撐框架，然后在開口處橡膠薄膜兩側夾上兩塊小磁鐵。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。超材料吸能平板的模型為雙自由度彈簧質量系統，如圖2所示，彈簧相當于彈性薄膜2，中間的質量塊相當于小磁鐵3，兩側的平板相當于支撐框架1。其中F(x，t)為激振力，w(x，t)為共振頻率。雙自由度彈簧質量系統共振時包括兩種共振模式，分別為光學振動和聲學振動。光學振動模式時，雙自由度彈簧質量系統中質量塊的振動與系統的振動相位相反，兩種振動相互抵制弱化，此時質量塊的振幅會被明顯的抑制，因此在該模式下機械波被吸收減弱；聲學振動模式時，雙自由度彈簧質量系統中質量塊的振動與系統的振動相位相同，兩種振動相互疊加，此時質量塊的振幅增大，因此在該模式下不能吸收減弱機械波。超材料吸能平板的各項參數與共振時聲波的頻率相關，包括該平板每個部件的形狀及大小、彈性薄膜的彈性特征、小磁鐵的質量大小等，因此通過改變這些參數，可以實現對不同頻率的聲波的吸收。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，為平板提供不同頻本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種防止沖擊地壓的巷道支護方法，其特征在于，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。

【技術特征摘要】
1.一種防止沖擊地壓的巷道支護方法，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,其特征在于，所述的超材料吸能平板包括支撐框架(1)、彈性薄膜(2)和小磁鐵(3)，所述支撐框架(1)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(2)安裝在兩塊阻燃板之間，每個方形孔處的彈性薄膜(2)的兩側均具有兩個對吸的小磁鐵(3)。2.如權利要求1所述的防止沖擊地壓的巷道支護方法，其特征在于，組成支撐框架(1)的耐高溫阻燃板為超強聚丙烯板。3.如權利要求2所述的防止沖擊地壓的巷道支護方法，其特征在于，彈性薄膜(2)為橡膠薄膜。4.如權利要求3所述的防止沖擊地壓的巷道支護方法，其特征在于，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。5.如權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陸菜平，劉洋，劉廣建，張農，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32