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编辑：北方有色网
来源：辽宁工程技术大学
权利要求
1.吸能抗冲击的巷道支护方法，包括如下步骤：
步骤1：首先进行掘进巷道，巷道掘进断面的宽度比巷道设计断面宽1～4m，巷道掘进断面高度比巷道设计断面高1～4m，然后采用锚杆对巷道掘进断面顶板和两帮进行支护，锚杆长度为1.8～2.4m，锚杆的间距为800～1200mm，排距为800～1200mm；
步骤2：在滞后掘进工作面30～50m进行铺设金属模板，金属模板断面为无底边的矩形或直墙拱形，金属模板的长度为3～5m；
步骤3：在预制泡沫混凝土中加入体积百分比为2～4％的钢纤维，钢纤维采用5D 65/60BG端部带弯钩型钢纤维，采用煤矿用混凝土充填泵在金属模板与掘进巷道壁之间由下至上充填膏体泡沫混凝土；
步骤4：待泡沫混凝土达到设计强度等级后，在金属模板形成的巷道顶板和两帮向深部围岩安装锚索，锚固段位于泡沫混凝土以外的坚固煤岩体区域；
步骤5：在掘进巷道底面铺设一层500mm厚的泡沫混凝土，待泡沫混凝土达到设计强度等级后，再铺设一层300mm厚的普通混凝土，形成巷道底板。
2.根据权利要求1所述的吸能抗冲击的巷道支护方法，其特征在于，所述的步骤2中，金属模板由预制形状的钢板在井下巷道拼接而成，在金属模板表面分布有用于安装锚索的孔洞。
3.根据权利要求1所述的吸能抗冲击的巷道支护方法，其特征在于，所述的步骤2中，金属模板铺设的宽度和高度结合巷道设计断面进行确定，宽度为巷道设计断面宽度，高度为巷道设计断面高度与掘进巷道底面铺设混凝土厚度之和。
4.根据权利要求1所述的吸能抗冲击的巷道支护方法，其特征在于，所述的步骤4中，泡沫混凝土的设计强度等级不小于C20。
5.根据权利要求1所述的吸能抗冲击的巷道支护方法，其特征在于，所述的步骤4中，锚索的间距为1200～2000mm，排距为1200～2000mm，锚索长度为4～7m，锚固段长度为2～5m。
6.根据权利要求1所述的吸能抗冲击的巷道支护方法，其特征在于，所述的步骤5中，泡沫混凝土的设计强度等级不小于C20。
说明书
技术领域
本发明属于矿山安全技术领域，特别涉及吸能抗冲击的巷道支护方法。
背景技术
冲击地压是煤炭开采过程中突发的一种动力灾害，由于煤岩体中集聚的高应力和高能量突然猛烈释放，通常会瞬间造成采掘空间的垮塌、冒落甚至闭合堵塞。震源扰动型冲击是扰动源(爆破或顶板断裂)和冲击地压发生地相距一定距离，通过岩层断裂、回转等传递震动能量，或使岩层中断裂面滑移或断层活化导致冲击。
泡沫混凝土主要由硅质材料(石英砂、矿渣、粉煤灰、页岩等)、钙质材料(石灰、水泥)，加入适量的引气剂，经过搅拌、饶筑等过程行成的一种多孔超轻材料。泡沫结构内分布着大量孔隙的性质，使得泡沫混凝土具备显著的抗冲击吸能特性，在破坏时能够吸收冲击动能，此外在混凝土材料孔隙中的自由面内冲击波会发生多次折射、反射、叠加等作用，该作用能够进一步削弱冲击波能量从而达到吸能的作用，在实际工程应用中其抗冲击吸能主要是依靠泡沫混凝土层的变形破坏来实现。泡沫混凝土主要应用在人防、军事、车辆拦阻系统和结构抗震等方面。
现有技术中，通过增强巷道围岩自身强度和提高支架承载能力，不能解决强冲击波造成的破坏问题。本发明从多孔介质材料的吸能特性出发，在泡沫混凝土中加入一定比例的5D端部带弯钩型钢纤维进一步提高混凝土强度，将其应用到冲击地压支护结构中，构建“金属模板+泡沫混凝土+锚索”吸能抗震支护体系，可有效吸收大量冲击能量，缓冲动力载荷作用，提高巷道的安全程度，降低和避免冲击地压灾害。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种吸能抗冲击的巷道支护方法，通过采用“金属模板+泡沫混凝土+锚索”联合支护体系，提高巷道的抗震和防冲能力，其具体的技术方案，包括如下步骤：
步骤1：首先进行掘进巷道，巷道掘进断面的宽度比巷道设计断面宽1～4m，巷道掘进断面高度比巷道设计断面高1～4m，然后采用锚杆对巷道掘进断面顶板和两帮进行支护，锚杆长度为1.8～2.4m，锚杆的间距为800～1200mm，排距为800～1200mm；
步骤2：在滞后掘进工作面30～50m进行铺设金属模板，金属模板断面为无底边的矩形或直墙拱形，金属模板的长度为3～5m；
步骤3：在预制泡沫混凝土中加入体积百分比为2～4％的钢纤维，采用煤矿用混凝土充填泵在金属模板与掘进巷道壁之间由下至上充填膏体泡沫混凝土；
步骤4：待泡沫混凝土达到设计强度等级后，在金属模板形成的巷道顶板和两帮向深部围岩安装锚索，锚固段位于泡沫混凝土以外的坚固煤岩体区域；
步骤5：在掘进巷道底面铺设一层500mm厚的泡沫混凝土，待泡沫混凝土达到设计强度等级后，再铺设一层300mm厚的普通混凝土，形成巷道底板；
上述的一种吸能抗冲击的巷道支护方法，其中：
所述的步骤2中，金属模板由预制形状的钢板在井下巷道拼接而成，在金属模板表面分布有用于安装锚索的孔洞；
所述的步骤2中，金属模板铺设的宽度和高度结合巷道设计断面进行确定，宽度为巷道设计断面宽度，高度为巷道设计断面高度与掘进巷道底面铺设混凝土厚度之和；
所述的步骤3中，钢纤维采用5D 65/60BG端部带弯钩型钢纤维；
所述的步骤4中，泡沫混凝土的设计强度等级不小于C20；
所述的步骤4中，锚索的间距为1200～2000mm，排距为1200～2000mm，锚索长度为4～7m，锚固段长度为2～5m；
所述的步骤5中，泡沫混凝土的设计强度等级不小于C20。
本发明的一种吸能抗冲击的巷道支护方法，与现有技术相比，有益效果为：
一、本发明是采用“金属模板+泡沫混凝土+锚索”联合支护体系，对巷道进行支护，有冲击震动发生时，从冲击震源传递而来的强烈冲击载荷，在该支护体系作用下，传递到巷道表面的冲击载荷可大大减弱。
二、该支护体系对冲击应力波起到明显的衰减吸收效应，消除或减弱冲击灾害程度，有效防止冲击矿压，与现有技术相比，可将冲击载荷降低60％以上，提高了巷道的稳定性。
三、本发明工艺较为简单，可操作性强，对保障煤矿安全高效开采、节约生产成本、提高经济效益、维护社会稳定等方面具有重要的现实意义和重大的社会效益，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明的一种吸能抗冲击的巷道支护方法巷道断面布置示意图：1-锚杆，2-锚索，3-泡沫混凝土，4-金属模板，5-掘进巷道底面，6-底面泡沫混凝土，7-普通混凝土。
具体实施方式
下面结合具体实施案例和附图1对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
一种吸能抗冲击的巷道支护方法，包括如下步骤：
步骤1：首先进行掘进巷道，结合设计巷道断面尺寸为：宽×高＝5m×3m，确定巷道掘进断面尺寸为：宽×高＝6m×4.3m；然后采用锚杆1对巷道掘进断面顶板和两帮进行支护，锚杆1的长度为1.8m，锚杆1的间距为1200mm，排距为1200mm；
步骤2：在滞后掘进工作面50m进行铺设金属模板4，金属模板4断面为无底边的矩形或直墙拱形，金属模板4的长度为5m；
步骤3：在预制泡沫混凝土中加入体积百分比为2％的钢纤维，采用煤矿用混凝土充填泵在金属模板4与掘进巷道壁之间由下至上充填膏体的泡沫混凝土3；
步骤4：待泡沫混凝土3达到设计强度等级后，在金属模板4形成的巷道顶板和两帮向深部围岩安装锚索2，锚固段位于泡沫混凝土3以外的坚固煤岩体区域；
步骤5：在掘进巷道底面5铺设一层500mm厚的底面泡沫混凝土6，待底面泡沫混凝土6达到设计强度等级后，再铺设一层300mm厚的普通混凝土7，形成巷道底板；断面布置示意图如图1所示；
上述的一种吸能抗冲击的巷道支护方法，其中：
所述的步骤2中，金属模板4由预制形状的钢板在井下巷道拼接而成，金属模板4的表面分布有用于安装锚索的孔洞；
所述的步骤2中，金属模板4铺设的宽度和高度结合巷道设计断面进行确定，宽度为巷道设计断面宽度，高度为巷道设计断面高度与掘进巷道底面5铺设混凝土厚度之和；
所述的步骤3中，钢纤维采用5D 65/60BG端部带弯钩型钢纤维；
所述的步骤4中，泡沫混凝土3的设计强度等级为C20；
所述的步骤4中，锚索2的间距为2000mm，排距为2000mm，锚索2长度为4m，锚固段长度为2m；
所述的步骤5中，底面泡沫混凝土6的设计强度等级为C20。
本实施例经测试，巷道在强冲击载荷作用下，冲击载荷降低了80％，巷道表面变形量较小。
实施例2
一种吸能抗冲击的巷道支护方法，包括如下步骤：
步骤1：首先进行掘进巷道，结合设计巷道断面尺寸为：宽×高＝5m×3m，确定巷道掘进断面尺寸为：宽×高＝9m×5.8m。，然后采用锚杆1对巷道掘进断面顶板和两帮进行支护，锚杆1的长度为2.4m锚杆1的间距为800mm，排距为800mm；
步骤2：在滞后掘进工作面30m进行铺设金属模板4，金属模板4断面为无底边的矩形或直墙拱形，金属模板4的长度为3m；
步骤3：在预制泡沫混凝土中加入体积百分比为4％的钢纤维，采用煤矿用混凝土充填泵在金属模板4与掘进巷道壁之间由下至上充填膏体的泡沫混凝土3；
步骤4：待泡沫混凝土3达到设计强度等级后，在金属模板4形成的巷道顶板和两帮向深部围岩安装锚索2，锚固段位于泡沫混凝土3以外的坚固煤岩体区域；
步骤5：在掘进巷道底面5铺设一层500mm厚的底面泡沫混凝土6，待底面泡沫混凝土6达到设计强度等级后，再铺设一层300mm厚的普通混凝土7，形成巷道底板；断面布置示意图如图1所示；
上述的一种吸能抗冲击的巷道支护方法，其中：
所述的步骤2中，金属模板4由预制形状的钢板在井下巷道拼接而成，金属模板4的表面分布有用于安装锚索的孔洞；
所述的步骤2中，金属模板4铺设的宽度和高度结合巷道设计断面进行确定，宽度为巷道设计断面宽度，高度为巷道设计断面高度与掘进巷道底面5铺设混凝土厚度之和；
所述的步骤3中，钢纤维采用5D 65/60BG端部带弯钩型钢纤维；
所述的步骤4中，泡沫混凝土3的设计强度等级为C20；
所述的步骤4中，锚索2的间距为1200mm，排距为1200mm，锚索2长度为7m，锚固段长度为5m；
所述的步骤5中，底面泡沫混凝土6的设计强度等级为C20。
本实施例经测试，巷道在强冲击载荷作用下，冲击载荷降低了70％，巷道表面变形量较小。
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