深部矩形底煤巷围岩破坏失稳全过程宏细观演化特征研究

作者：靖洪文; 吴疆宇^*; 孟波; 尹乾; 赵振龙

来源：采矿与安全工程学报, 2022, 39(01): 82-93.

DOI：10.13545/j.cnki.jmse.2021.0203

• 深部煤巷
• 锚固结构
• 变形破坏
• 宏细观
• 颗粒流

为研究深部矩形煤巷围岩破坏失稳全过程宏细观演化特征,以山东龙郓煤矿深部矩形底煤巷为背景,采用自主研制的深部地下工程结构失稳全过程模拟试验系统,从宏观尺度研究矩形底煤巷锚固围岩承载全过程的应力、变形和电磁辐射特征,获得锚杆支护和锚杆索支护模型的峰值强度比无支护模型分别增强31.49%和45.56%,其峰值位移同样增长76.00%和113.71%才破坏失稳的结论。在此基础上,通过颗粒流软件PFC~(2D)建立锚杆索加固巷道围岩的"两介质-四界面"模型,并实现模型承载全过程不同位置测点的实时应力监测;从细观层面揭示不同支护方式下巷道围岩破坏失稳全过程内部的应力演化和裂纹发育规律,建立以锚固围岩的裂纹分布表征结构损伤程度的巷道失稳风险模型。结果表明,裂纹分布分形维数在无支护和锚杆支护模型达到其峰值强度的30%和70%前即已达1.3以上,具有巷道失稳风险。而锚杆索支护模型在整个承载过程中的裂纹分布分形维数始终低于1.3,表明巷道是稳定的。巷道锚固围岩破坏失稳的根本原因是首先始于锚固端岩体围岩的力链断裂和内部应力跌落,并逐渐向深部岩体和表层围岩2个方向发展。为此,提出阻断力链断裂和内部应力跌落的深部底煤巷"强帮护顶"支护原则,为深部煤巷防治片帮冒顶提供了新思路。

• 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