一种高强度的巷道防冲液压支架及冲击地压防治方法

本发明属于领域，具体涉及一种高强度的巷道防冲液压支架及冲击地压防治方法。

背景技术：

1、在科技的推动下，中国的煤矿采掘技术越来越符合煤矿企业的需求，而煤矿的采煤断面积也在不断增大。与此同时，煤矿开采正在大步前进，这就意味着煤矿内巷道围岩受各种因素的影响具有多样性和复杂性。

2、冲击地压是煤矿的重要灾害之一。据调查，87%的冲击地压发生在巷道中。巷道冲击地压会导致围岩突然破坏、垮落或抛入巷道，同时产生剧烈震动和声响，造成巷道底臌、片帮、冒顶，支架折损或彻底垮塌等，严重时可导致巷道完全闭合堵塞，造成人员伤亡。

3、自上世纪90年代以来，学者们发现提高支护应力可以提高巷道冲击地压发生的临界载荷，建议加大巷道支护强度。因此，一些冲击地压矿井开始使用高支撑力的巷道支护设备，如单体液压支柱、垛式液压支架、自移式液压支架、门式液压支架等，以增强巷道围岩的支护效果。然而，目前还没有合理可靠的防冲支护理论、有效的防冲支护方法和设计原则，仅通过提高支护设备的支撑力来提高抗冲能力，某些情况下仍无法避免冲击地压的发生。一旦发生，造成的巷道破坏程度更加严重，现有的常规支护方法和设备难以满足冲击地压矿井的巷道支护需求。

4、巷道断面积的扩大及围岩结构的复杂化，使得对巷道支护技术水平有了更高的要求，只有在支护技术满足需求的情况下，才能确保煤矿生产的安全性。结合之前发生的冲击地压案例，发明人开展了巷道防冲液压支架的研究工作，发现支护设备存在的一个最基本问题是当顶板发生变形后积聚能量，现有的液压支柱力臂太短无法形成足够的力矩导致冲击灾害的发生。因此，发明人基于巷道围岩-支护系统的静力学与动力学理论进行分析，并结合钻孔卸压法研制了新型的巷道防冲液压支架。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高强度的巷道防冲液压支架及冲击地压防治方法。所述巷道防冲液压支架是采用钻孔卸压与钻屑法相结合的方式，可以及时有效地发现和预防冲击地压灾害的发生，确保煤炭开采过程中的安全生产。

2、为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提供了一种高强度的巷道防冲液压支架，其包括：

4、上部结构，包括设置在所述巷道防冲液压支架最顶部的顶梁；掩护梁，其上部与所述顶梁连接，其下部分别与前梁、连杆、尾梁连接；所述前梁与连杆连接；所述尾梁上部与所述顶梁连接，下部与所述连杆连接；

5、下部结构，包括设置在所述巷道防冲液压支架最底部的底座；推移装置，与所述底座前端连接；护帮装置，与所述底座后端连接；

6、立柱，其顶端与所述顶梁连接，底端与底座连接；

7、液压系统，包括安装在所述底座和立柱中间的液压泵；液压缸，安装在所述底座上并与所述液压泵相连；液压阀门，设置在所述立柱一侧，用来操控所述液压泵运行；液压油设置在液压泵内，起到润滑的作用；

8、钻机，包括操作台，通过垫板安装在所述底座上；千斤顶，安装在所述操作台上；钻杆架，安装在所述千斤顶外的钻杆架底座上；定位器，安装在所述钻杆架上；动力装置，安装在所述定位器上；钻筒，与所述动力装置、定位器连接；钻杆，位于所述钻筒内部，其顶端与连接有钻头，底端与所述钻杆架连接；钻孔，开设在钻机上端的顶梁、掩护梁和连杆上，能够通过所述钻孔伸入到顶板进行打孔卸压；粉尘处理装置，安装在所述钻杆外部，用于收集钻机钻孔冲击时产生的钻屑，并对排出的煤粉量进行实时监测，以获取其变化规律。

9、进一步的，所述上部结构中的连接方式均为铰链连接。

10、进一步的，所述立柱设有三根，分别为立柱i、立柱ii和立柱iii，其分别位于液压支架的前部、中部和中后部。

11、进一步的，所述立柱i通过铰链与所述底座连接，能够根据工作环境的需要旋转一定角度，从而实现顶梁的前端抬高或者降低。

12、进一步的，所述立柱i的前部设有用于为工人的生命安全提供保障的侧护板。

13、进一步的，所述立柱的一侧设有操纵阀门，通过所述操纵阀门将液压系统转化的液体压力能传递到立柱，以实现对顶板的支撑和推移；所述立柱的另一侧设有安全阀门，在压力过高时自动开启，释放液压系统中过量的压力。

14、进一步的，所述钻杆是由一个具有螺旋形叶片的钢管组成的，能够自由地沿着所述钻筒上下移动。

15、进一步的，所述钻头直径为75~100mm；钻孔直径为80mm~105mm。

16、本发明还提供了一种基于所述的巷道防冲液压支架的冲击地压防治方法，其包括：

17、（1）巷道防冲液压支架进入煤岩层作业时，推移装置利用液压系统产生的动力牵引着巷道防冲液压支架向前移动时，采空区面积逐渐变大形成煤岩体应力集中或潜在应力集中区，此时巷道防冲液压支架后部的钻机进行钻孔卸压产生自由空间，改变煤体的应力分布及其特性，使煤体-围岩系统储存的弹性能量得到缓慢释放；

18、（2）当钻机愈接近高应力带，钻孔的冲击频度越高，强度也越大，钻孔冲击时煤粉量显著增多，使得每一个钻孔周围形成破碎区，当这些破碎区互相接近后，煤层则能破裂卸压；

19、（3）在钻孔的过程中，利用粉尘处理装置收集钻屑，并对钻屑量进行实时监测，如果钻屑量出现了明显的增加，或者钻屑量的变化幅度过大或过小，说明煤层中的应力状态已经失稳，进而会导致冲击地压灾害的发生，并采取相应的措施来防止冲击地压灾害的发生。

20、进一步的，所述巷道防冲液压支架每向前行进10米，钻机进行钻孔卸压作业，且每10米打一排钻孔。

21、本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

22、（1）本发明采用三根立柱进行支撑。目前采煤工作中采用的液压支架大部分是由两根立柱做支撑，整体长度在6米左右，这样就导致顶梁的长度受到限制，力臂太短，当顶板发生变形后积聚能量，液压支架无法提供足够的力矩做支撑从而引起采煤事故的发生。本发明的巷道防冲液压支架采用三根立柱做支撑整体长度在9米左右，不仅大大提高了液压支架的支撑力度，也极大的增加了顶梁的长度，根据公式计算，该巷道防冲液压支架所能提供的力矩是传统液压支架提供的力矩的几倍甚至是十几倍，大大提高了支架的支撑力度，起到了很好的防治冲击地压的效果。

23、（2）本发明的立柱i可以进行旋转以满足工程需要。立柱i与底座通过铰链相连接，这一设计使得设备在工作过程中可以根据工作环境的需要旋转一定角度，从而实现顶梁的前端抬高或者降低一定高度。这种高度的灵活性使得该巷道防冲液压支架与传统液压支架相比，展现出更加出色的适应能力，能够更好地应对不同的工作环境，以便更好地满足工程的实际需要。此外，液压支架的操作也十分简便，只需要通过控制立柱侧面的操纵阀门便可控制铰链的旋转，就可以轻松地改变顶梁前端的高度。这一特点使得该液压支架在操作上更为简单方便，大大降低了使用难度，减少了操作失误的可能，提高了工作效率。

24、（3）本发明的液压支架中设有钻机，在液压支架作支撑的同时进行钻孔卸压，利用高应力条件下煤层中积聚的弹性能来破坏钻孔周围的煤体，使煤层卸压，释放能量。