非均质复合岩巷围岩破坏机理及底鼓控制技术

摘要

深部高地应力、层间软弱夹层（结构面）等复杂应力环境下复合煤（岩）巷道围岩变形严重，底鼓问题尤为突出。针对某矿-830水平大巷复合区域岩巷底鼓大变形技术难题，梳理了复合岩巷现场变形破坏特征，分析了围岩破坏力学机制。结合滑移线场理论建立底鼓力学模型，推导了底板破坏半径R0的显式解析式，并借助ZDY钻孔窥视仪对围岩内部损伤裂隙发育程度进行量化表征。建立UDEC数值计算模型反演了原支护下复合岩巷围岩应力、裂隙发育特征以及位移分布规律，综合分析了复合岩巷底鼓变形机理。结果表明：高地应力、邻近岩石极限强度差异大、底板岩性差、底板无支护或弱支护是复合岩巷产生底鼓大变形的根本性原因。结合现场调研及数值模拟分析结果，基于“固底–强帮”整体支护、“强–弱–强”组合承载圈分梯次加固底板的控制思路，提出了一种“全断面锚索+预制块反底拱”锚注联合支护技术应用于复合岩巷底鼓返修实践中。现场监测结果表明，巷道返修60 d内底鼓缓慢变形直至趋于稳定，最大底鼓量约为67.9 mm，相比原支护条件下底鼓变形量降低了95%，大大降低了巷道重复返修的可能性，确保了该矿煤炭资源安全高效开采。