巷道防冲支护设计原则

巷道防冲支护设计原则

让位阻力可变原则

根据冲击地压矿井调研发现，作用于围岩上的支护阻力对于抵抗冲击地压破坏、减轻冲击造成的灾害程度起到重要作用。故结合理论分析提出:防冲支架既要具备很高的支护阻力，使其在巷道冲击地压刚开始启动时能够利用支护阻力抗冲击，还要能够在支护阻力超过一定阈值时，以相对恒定的阻力让位，直到停止，即支架的支护阻力是可变的。因此，支架中需特别设计一种可定阈值的装置，当作用于支架上的冲击载荷超过该阈值时，能够立即启动变形，实现支架整体的一个快速缓冲过程，保证支架不破坏，并且能继续发挥支护作用，进而保护人员不受伤害。

让位位移可变原则

巷道支护的目的是约束巷道位移量，使其在使用极限范围内。国内外学者在这方面进行了大量研究，但大部分是静态巷道围岩支护或针对软岩巷道的支护，主要考虑围岩变形的流变性累积效应，而不是冲击地压这种突发性效应。但对于冲击地压危险巷道的支护，不但要考虑围岩慢变形状态下巷道收缩产生的位移量，如可伸长的锚杆(锚索)、可缩U型钢支架、可缩液压支架在静载下的巷道变形，还要考虑围岩冲击启动后支护的位移量。因此提出:防冲支架应进行可变让位位移设计，即支架的让位位移需要与围岩形变相协调，当支架遭受围岩的冲击载荷超过阈值时，支架中特设的装置立即启动变形，实现支架整体的一个快速让位过程。围岩冲击启动前支架结构弹性形变让

位，位移小，用于限制围岩变形;围岩冲击启动后支架机构形变让位，位移大，用于让出围岩的变形位移，同时保证支架不因位移过大而失稳破坏，又要避免对围岩突然撤载而发生冲击地压。

让位刚度可变原则

巷道围岩的刚度是非线性的，静态应力下围岩结构刚度较大，但随着应变(形变量)增大，围岩结构刚度逐渐降低，在冲击地压发生时，围岩刚度为0。因此，想要保全巷道完整性，防冲支架就要保证结构刚度与围岩刚度相协调，即让位刚度可变的原则。未发生冲击地压时，支架应具备较高的结构刚度，约束巷道围岩变形，当突发围岩冲击并且作用于支架上的冲击载荷超过阈值时，支架立即启动形变，进行恒阻让位过程，则该过程中支架结构刚度瞬时变为0，与巷道围岩刚度相协调，同时也避免了因刚度过大而发生过载损坏。当围岩冲击停止，支架让位停止，再次恢复支护作用，达到比冲击让位前更高的结构刚度。

让位频率可变原则

冲击地压作用在巷道支护上的动力载荷是以波的形式产生的震

动载荷，不同类型的冲击地压作用在支护上的震动频率是不同的。根据冲击时的释放能量主体，可以将冲击事件分为煤体释放能量型、顶底板释放能量型、断层围岩释放能量型，优势频率分别在25~40，10~25和1~10 Hz。大量的现场观测发现，巷道支架的破坏程度与冲击地压的震级大小并不是完全的对应关系，有时冲击地压震级比较大，但支架的破坏却比较轻;有时冲击地压的震级并不是很大，但支架的破坏

却比较严重，其原因除了和震源点距支架远近有关外，还和震动波的频率有关，当震动频率与支架固有频率接近时，会导致支架产生共振，因此，较小震级的震源也会造成支架的严重破坏。因此，防冲支架应具有固有频率可变的功能，即一旦发生巷道冲击，支架启动让位过程后固有频率迅速调整为0，防止支架受震动载荷作用而发生共振，而当围岩冲击停止，支架再次恢复支护作用，进而具有一个新的固有频率。

让位速度可变原则

巷道冲击地压发生时，围岩向巷道空间迅速变形，对支护构成冲击作用。根据微震监测可得，发生冲击时巷道围岩震动速度在

0.01~0.1 m/s，而根据冲击地压造成巷道破坏的收缩位移和破坏时间估算，围岩破坏时的冲击速度在0.1~5.0 m/s。目前国内外巷道支护设计没有考虑到围岩冲击速度和支护收缩速度的关系，并未建立起围岩冲击速度与巷道支护让位速度的关系。因此，在围岩冲击作用下，常规支架由于响应速度慢而导致过载破坏。所以，防冲支架必须具备让位速度可变的原则，即一般支护状态下作用于支架上的准静态载荷过大时，支架能够缓慢让位卸压，而一旦突发冲击动载超过支架阈值时，支架必须立即快速让位构件立即启动变形，实现支架整体的一个快速让位，迅速消减围岩对支架的冲击载荷，最终围岩冲击停止后支架再次达到一个稳定的支护状态。

让位能量可变原则