深井煤巷帮部围岩剪切滑块理论及防控策略研究

作者：王方田; 屈鸿飞; 张洋

来源：煤炭学报, 2022, 1-11.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2022.0716

• 深井
• 软岩巷道
• 剪切滑块
• 防裂—减隙—止滑
• 协同控制

针对深井煤巷围岩持续大变形诱发剪切破坏难题，建立了深井煤巷围岩剪切滑块理论力学模型并推导剪切滑块安全系数，揭示了剪切滑块运动破坏机理。采用极限平衡分析精确解法推导了剪切滑块安全系数数学模型，得出在煤体内部条件下，内聚力对巷帮煤体剪切滑块安全系数的影响最大，安全系数随内聚力增加而线性增加；在外部条件中，安全系数随巷高增大而成指数降低。依据理论模型，以城郊矿深部煤巷为研究背景，采用UDEC软件分析了巷高、内聚力、节理裂隙及支护方式对剪切滑块运动影响。结果表明：(1)巷道两帮开采后出现共轭剪切面，形成剪切滑块运动，巷高越大，内聚力越小，巷道越不稳定；(2) 对于含原生裂隙巷道，裂隙上盘破坏较下盘大，倾角越大时巷道帮部鼓出越大，当节理倾角为65°时，帮部剪切滑移块体位移达到0.78 m。裂隙中下部张开，采用锚杆支护时易剪切锚杆致使锚杆失效；(3)采用帮部斜拉锚索后，有效抑制了裂隙张开，正常发挥锚杆锚固效果。有裂隙侧帮部仅鼓出0.14 m，较无支护和使用普通锚杆锚索支护分别减少了83.1%、75.4%，证明了增设斜拉锚索对帮部围岩有较好的控制效果。针对现场情况，结合剪切滑块模型，提出了“防裂—减隙—止滑”协同控制策略，在巷道表层、围岩浅部、深部和严重失稳局部采用协同控制对策，即：表层、浅部使用高强高预应力锚杆、锚索及金属网等构件加强支护防止围岩起裂，深部使用注浆改性技术减少围岩裂隙，局部使用斜拉锚索抑制剪切滑块运动，在深井煤巷破碎围岩区形成复合承载结构，有效控制深井煤巷围岩变形。理论模型指导防控策略及支护参数设计，可有效控制深井煤巷帮部围岩剪切破坏，将为深井煤巷围岩稳定性控制提供有益参考。

• 单位
  中国矿业大学; 中国矿业大学（北京）; 煤炭资源与安全开采国家重点实验室