动静载下深井临空巷道冲击破坏分析及防治

摘要

现有针对临空巷道冲击地压的研究主要集中在静载致灾方面,对静载基础上的动载叠加致灾机制研究不够,在巷道围岩动载应力波响应方面未能将巷道破坏方式同应力波扰动及其力学效果相联系.针对该问题,以内蒙古鄂尔多斯矿区某矿3-1 103工作面临空巷道为研究对象,分析了临空巷道冲击破坏特征和冲击地压发生的动静载荷源:临空巷道处于采空区侧"F"型覆岩结构下,静载荷源为侧向集中支承应力和工作面回采超前采动集中支承应力的叠加应力场;动载荷源为基本顶的初次来压、周期来压和见方破断形成的近场矿震以及远场矿震释放能量,在冲击性顶板岩层下动静载组合效应极易诱发高地应力下应力场差异且应力集中的巷道产生冲击灾害.采用FLAC3D数值模拟方法分析了临空巷道动静载荷源下冲击巷道所处的应力状态以及矿震应力波致灾影响作用,并与现场冲击破坏特征进行对比验证分析.数值模拟结果与现场破坏特征具有较强一致性,在采空区压实过程中,最大垂直集中应力由煤柱上方转移至巷道回采帮侧,锚杆轴力呈现不对称分布状态;动载过程中,巷道围岩主应力差重复加卸载,迎波侧应力波最大质点振动速度(PPV)值大于背波侧,围岩浅部应力波反射叠加,PPV值大小与围岩浅部动载后最大位移量一致;临空巷道围岩在动静载作用过程中形成了巷道回采帮侧与煤柱帮应力场差异以及动载应力场差异.根据动静载荷下临空巷道破坏特征及其数值模拟验证分析结果制定了静载荷卸压降载、动载荷减震消能的分源防治措施,即顶板水压致裂、顶底板爆破卸压、巷帮大直径钻孔卸压以及巷道围岩加固等措施,以达到防止厚硬顶板弹性能积聚、消弱应力波幅值以及改善围岩受力环境的目的.采取卸压措施后,实测微震以小能级、多频次的形式释放能量,微震总能量比卸压前降低了49.2％,103 J以下微震小能量事件占比由卸压前的75％升高到89％,现场巷道围岩静载降低,动静载叠加时未出现应力突变,证明了冲击防治措施的有效性.