[发明专利]一种适于深部开采巷道的吸能垫板

说明书

本发明提出一种适于深部开采巷道的吸能垫板，属于矿井支护技术领域。吸能垫板由砂浆粘结层、正弦吸能板、盖板、球型垫片、减摩垫片、复合垫块组成。正弦吸能板横截面整体成正弦波形，设有锚杆及锚索通孔，并在波峰处压制数个球形凹槽形成双峰。盖板为带肋平底型，板肋的方向与吸能板波形方向正交。复合垫块为钢板和橡胶相间的空心圆柱体。在岩爆等冲击作用下，正弦吸能板和复合垫块发生塑性变形，吸收冲击能量，保护垫板自身、螺母和锚杆杆体的完整性。

技术领域

本发明提出一种一种适于深部开采巷道的吸能垫板，属于矿井支护技术领域。

背景技术

经济高速持续发展与国家安全战略离不开矿产资源的开发，随着资源需求量的增加，以及浅部资源的不断消耗，地下矿山陆续转入深部开采。深部开采工程岩体处于高应力、高岩温、高渗透水压力和开采扰动（即“三高一扰动”）的复杂地质与力学环境下，致灾机理复杂，岩爆等动力冲击灾害频发、突发。

岩爆是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。因而岩爆等动力冲击灾害的防治方法主要从岩爆发生前提前释放能量和岩爆发生时吸收能量两个方向进行考虑，本专利主要针对后者。由于岩爆等动力灾害发生时会突然释放大量的能量，并产生巨大的动力冲击荷载，即使强度很高的刚性支撑也很容易随巷道围岩一同发生破坏，因此，吸能支护体系孕育而生。目前，在吸能支护体系中，对吸能锚杆研究较多，然而冲击能量由垫板、锚具、最后传递至锚杆，前两者的破坏也会对支护效果产生影响。

垫板的作用主要有两方面，一是在螺母压紧后，给锚杆提供预应力，并使预应力扩散到周围岩体中；二是将岩体变形荷载传递到杆体上。垫板与围岩的关系可用温克勒地基描述，其本身失效，以及垫板与巷道表面接触处的围岩松散脱落，导致托板与表面不紧贴，均会使锚杆失去支护作用。垫板常见的破坏形态有：过大压力下开裂破坏；中部被拉入岩体，导致周边翘起而支护失效；偏压作用下一侧翘起；垫板与杆体脱离。

发明内容

本发明针对深部硬岩巷道在岩爆等动力冲击荷载作用下，能量突然释放产生的冲击荷载，提供一种适于深部开采巷道的吸能垫板。吸能垫板由砂浆粘结层、正弦吸能板、盖板、球型垫片、减摩垫片、复合垫块组成，

1）在新开挖的区段完成挂网并完成钻孔后，在吸能垫板覆盖区域抹一定厚度的砂浆作为砂浆粘结层，并留出锚杆孔口；

2）在砂浆初凝前将正弦吸能板贴于砂浆上，压实；正弦吸能板横截面整体成正弦波形，设有锚杆通孔，可与一至多个锚杆相连；在正弦吸能板波峰处压制数个球形凹槽形成双峰，用以调节其屈服点；正弦吸能板在冲击荷载作用下可沿厚度方向发生压缩变形，从而起到一定的缓冲吸能作用，而球形凹槽可以促进吸能板变形以提高组合结构的吸能效果，降低锚杆、锚具受到的冲击；

3）盖板位于正弦吸能板上，为带肋平底型，长宽与正弦吸能板宽度相同；盖板肋方向与正弦吸能板波形方向正交；

4）在安装完球型垫片后，将复合垫块安于其上，最后安装减摩垫片和螺母；复合垫块是由多层低碳钢板卷制而成的空心圆柱体，钢板间由橡胶胶结，具有较好的变形能力，起到吸收冲击能量的作用；

5）通过正弦吸能板和复合垫块的塑性变形，吸收岩爆动力灾害产生的冲击能量，保护自身以及螺母、杆体的完整。

进一步地，步骤1）所述砂浆粘结层的厚度为5~20mm。

进一步地，步骤2）所述正弦吸能板宽150~250mm，长不小于宽，波长50~150mm，振幅为波长的1/4~1/3。

进一步地，步骤2）所述球形凹槽的球心角不大于π/2，直径不大于正弦波波长的1/10，以避免过度削弱截面。

进一步地，步骤3）所述盖板肋（5）宽10mm，冲压制成，间距20~40mm。