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摘要
为研究动载扰动下深部煤巷冲击冒顶的致灾机制,以山东龙郓煤业冲击冒顶巷道为工程背景,基于颗粒流软件PFC2D建立了锚杆索锚固巷道围岩结构的"两介质–四界面"模型,模拟再现高应力和动载扰动耦合作用下煤巷冲击冒顶全程的细观结构演化特征。分析冲击荷载对不同支护方案巷道围岩位移场、力链场、裂纹场、破坏模式、顶板动能演化和顶板接触应力的影响规律,从细观层面揭示冲击地压下煤巷锚杆索的锚固及失效机制。结果表明:深部煤巷在高应力和动载扰动的耦合作用下,煤岩体内积聚的高弹性能瞬间释放,致使锚杆索与煤岩体间的力链断裂,呈断续力链分布特征。断续力链破坏和集中力链分布区丧失,导致锚杆索锚固失效,诱发冲击冒顶事故。锚杆索锚固界面容易萌生拉剪裂纹,并表现出突发性积聚,致使锚索顶端发育的拉剪裂纹扩展贯通,形成明显的裂隙离层。在界面剪应力和锚杆–煤岩组合体拉应力的叠加作用下,顶板锚索在煤层与直接顶界面处更容易发生破断,且该破断位置积聚了大量拉剪裂纹。锚杆的作用在于与锚固区内煤岩形成具有完整力链的锚杆–煤岩组合承载结构,确保表层围岩的完整性、承载能力和抑制锚固区内拉剪裂纹的发育。锚索的作用在于与顶板坚硬岩石形成稳定的力链集中区域,将表层围岩悬吊至顶板坚硬岩层,防止表层围岩的冒落。据此提出了强化表层围岩完整性和承载能力以及优化锚索的破断极限的支护原则,为深部煤巷防治冲击冒顶提供了新思路。
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单位中国矿业大学; 中国矿业大学（北京）; 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室
