动力扰动下泥质巷道变形破坏特征及失稳机理试验研究

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泥岩在煤矿中属常见的岩石类型,泥质巷道变形是煤矿采动或其他动载影响下诱发变形能缓慢释放的过程。随着煤炭开采的深度不断增加,泥质巷道所处的应力环境发生极大的变化,更高的应力环境下动载将会诱发岩体变形能剧烈释放,将会导致巷道变形破坏极为严重,严重制约了煤矿高效的生产,因此研究泥岩处于高应力环境下,不同动载扰动下泥岩产生的响应特征,对巷道支护以及扰动动力灾害分析有着重要的研究意义。本文通过现场调研巷道变形破坏情况,理论分析、室内试验、数值模拟结合的研究方法,深入研究动力扰动下巷道变形破坏特征及失稳机理。通过现场巷道表面观测,巷道顶部发生较大的冒顶现象,顶底变形量超过1m以上,同时两帮收缩量达到1.5 m以上,现场采用钻孔窥视,巷道围岩主要以泥岩为主,在高度在0~4 m左右有大量的可见宏观横向及纵向裂隙;现场钻取岩芯,并采用DSZ-1000型应力应变控制三轴剪切试验仪进行三轴试验,试验结果的得出随这围压及加载速率的增加,岩石的特征强度随之增加,试件弹性应变能积聚演化特征呈现以自然常数e的指数函数的复合函数,并探讨建立巷道支护损伤模型。根据地质情况,运用FLAC3D建立数值模型,模拟工作面静态开采、动扰开采对巷道影响情况进行研究,结果得出巷道在动载扰动下表面围岩变形量为静载下的1.8~38.4倍,塑性区在动载扰动下发育更为明显。最后以山脚树煤矿1200运输平巷为本工程依托,根据动态分步加固原理、过程控制技术、支护选型原则以及强化支护技术体系提出强力锚注支护方案,巷道塑性区得到明显的改善。现场应用表明,该种强力锚注支护方案支护后的巷道表面位移量满足煤矿安全生产要求。
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