摘要：对于煤矿巷道遇到的冲击地压等相关问题，我国目前拥有的支护理论及方法早已无法将其有效解决，因此针对冲击地压问题，我国建立了巷道围岩和支护响应的动力学模型，同时针对影响上覆岩体动力的相关因素——支护阻尼及支护刚度，也对这两点进行了详细的分析，并且还通过多孔泡沫金属材料以及吸能构件将一种新型的防冲吸能巷道液压支架研发了出来。
关键词：冲击地压；巷道；支护理论；应用
在进行煤矿生产的过程中，冲击地压问题对于人们的生命财产安全有着极大的威胁。针对此情况，国内外都对矿井巷道的支护理论展开了大量研究，然而这些研究大都是以静力学作为研究基础的，很少有人会将冲击地压与巷道支护理论结合在一起进行研究。然而在最近几年，随着对冲击地压以及支护理论研究力度的加大，诸多学者最终探索到了一系列的方法，并根据这些方法对应的做了一些模拟实验[1]。
1在冲击荷载作用下建立的巷道围岩和支护响应的动力学模型
就一般情况而言，容易出现冲击地压现象的原因有以下几种：弹性变形、受到掘进、回采影响以及构造应力。所谓构造应力，是受到地质构造作用而产生的应力，它是以水平应力为主，这对于底板岩层有着很强的破坏力。此外通过相关研究表明，垂直应力对冲击地压产生的影响极小，而水平应力的影响非常大，所以要想将矿井所受的水平应力的影响降到最低，那么就需要保证通过支护处理后的矿井巷道所受的水平应力最终能达到相对平衡的状态。
为了能更好的进行研究，根据动力学的相关知识，可以将在冲击荷载作用下的巷道围岩和支护进行转化，进而建成一种物理模型。在通常情况下，将巷道支护中岩石所具有的刚性作用设为Ks，在水平方向岩石通过挤压而产生的摩擦阻力设为Cs，S代表的是支护体自身的面积，而T则是上覆岩层块体的质量。从整体来看，只要支护体所受到的应力能达到平衡，那么巷道围岩的支护便具有一定的稳定性。根据上述内容，再结合F代表的冲击载荷，进而形成一种动力学模型，其公式可以定义为：
2对冲击地压矿井巷道支护技术进行分析
2.1冲击地压矿井巷道的支护理论
根据动力学以及有限元软件两大知识领域的研究，可以分析出当冲击荷载F保持不变的前提下，将所承受的支护有限元设置为n，P1代表支护刚度，Fa则作为支护的阻力，由此可以得到围岩动力的变化情况：。
通过该变化规律进行科学的理论分析，进而研制出一种新型的巷道液压支架。所谓新型巷道液压支架，它是由底梁、液压支柱、连杆及顶梁构成。其中，液压支柱可载重，它是液压支架的主要载重结构。左右两侧的连杆，对于支架可以起到控制效用。位于中央的立柱可以有效避免底梁出现鼓胀的现象。而顶梁则是由平面构成，它可以改变矿井巷道上端围岩的支护面积。此外，液压支柱还可以将巷道支护的刚度进行增强，它可以有效将支护系统所具备的防护能力进行提高，同时为了使巷道支护的整个系统的安全得到保障，液压支柱还可以提高围岩自身的抗冲击能力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆与此同时，想要将巷道液压支架的支护强度增强，就需要将其承受的冲击载荷进行提升，所以在上覆岩层块体的质量逐渐增大时，顶梁的支护面积也应随之增大。
2.2矿井巷道冲击地压由于支护阻力所产生的影响
通过实际操作可以发现，支护除了需要刚度支撑之外，还要有弹性支撑。根据上述的动力学的相关知识可以看出，对于围岩的应力支护阻力可以将其影响进行大幅度的降低。在通常情况下，当支护有限元以及围岩动力一定时，支护阻力值越大，支护刚度值便会越小。同时也可以看成受力处于相对平衡状态时，才能将一个支护的整个体系构建成功。
2.2.1泡沫金属材料的作用
经过多次进行的实验研究，可以从中发现通过向金属材料添加一定量的多孔泡沫之后，可以有效的将支护体系的阻力进行提高。而通过大量的验证实验也证明了紧密的孔洞的确具有增加阻力的作用，所以为了对支护体系的阻力进行有效的控制，可以将泡沫金属材料应用到冲击地压巷道的支护之中。
此外，为了保证巷道支护应用的是最好的泡沫材料，还可以分别通过静、动载荷实验对不同的泡沫金属材料进行验证，进而分析其对应产生的阻力效果。通过静载荷实验可以发现，多孔泡沫金属材料对摩擦产生的阻力较大，而其反应的时间也非常短，在冲击地压巷道支护中加入该材料，可以使支护的效果更好。同时在泡沫金属材料中不断增加硅含量时，材料的强度也会得到加强[2]。
2.3吸能构件如何提高支护阻力
通过相关实验研究，发现一种较为特殊的吸能构件，它便是曲壳折棱管。此构件的管壁较薄，当其受到载荷作用时，可以根据自身的结构进行定向的变形，其吸能和增阻的效果极佳，且变形后的稳定性也较强。
3防冲吸能巷道液压支架的相关应用
通过具体的数据分析，可以发现通过有限元软件得到的吸能构件——曲壳折棱管增阻的曲线与实验操作得到的结果大致相同。同时根据相应原理也可以研制出一种具有防冲吸能作用的支架并对顶板可以起到支护作用，通过试验可以得到以下结论。
（1）实验中所承受的最高点的数值可以进行变动。当支护条件不同时，为其设置相应的承载力，不但可以达到承载的要求，还可以在冲击载荷过高的情况下通过曲壳折棱管自身的变形将阻力提高，并以此将支架所承受的冲击力进行有效降低。
（2）反作用力相对稳定。当支架发生变形时，其可以通过稳定的反作用力实现对围岩的支护。
（3）变形相对稳定。
（4）支架结构较为简单，吸能效果极佳。
在支架中添加吸能装置，不但可以使其拥有较强的支护刚性，还可以具有较高的吸能效果，就算出现冲击载荷或者围岩冲力，该支架都可以通过自身极强的支撑能力以及吸能作用将其化解，进而可以使工作人员及设备安全得到保障。
结束语
在实验过程中，通过增加支护阻力以及支护面积，可以有效提高支护的强度，而通过泡沫金属材料也可将阻力提高，该材料适用于冲击地压巷道支护系统，且增阻效果极佳。其次根据支护理论及吸能构件也可研制出一种防冲吸能的巷道液压支架，将其应用到实际操作当中，可以为解决冲击地压相关问题奠定一定的基础。
参考文献：
[1]许冰.冲击地压矿井巷道支护理论研究及应用[J].机械管理开发，2018，33（7）：84-85.
[2]潘一山，肖永惠，李忠华，等.冲击地压矿井巷道支护理论研究及应用[J].煤炭学报，2014，39（2）：222-228.
论文作者:杨鹏军
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第13期
论文发表时间:2019/1/23
标签：巷道论文; 地压论文; 围岩论文; 支架论文; 阻力论文; 应力论文; 矿井论文; 《建筑细部》2018年第13期论文;