增量荷载作用下深部煤巷冲击破坏规律模拟试验研究

摘要

为研究深部煤巷道围岩应力状态与围岩结构冲击破坏之间的关系,探索深部煤巷冲击地压发生机制,利用设计的可水平和垂直双向增量加载相似模拟试验平台,试验分析了巷道围岩全过程(自掘进至成巷)应力演化及宏观破坏特征,研究了增量荷载作用深部煤巷围岩冲击破坏规律.研究得到:①掘进成巷时,巷道围岩体为应力卸荷状态;成巷后,巷道围岩应力开始进入"缓增—快增—缓增"波动阶段;当巷道模型左侧和顶部载荷增加时,围岩变形增大、局部破坏明显,巷道围岩应力开始进入"快增—突变"阶段,巷道发生冲击破坏;冲击破坏后,巷道围岩应力进入"降低—稳定"阶段,与载荷增加前的围岩应力大小相比,顶底板岩层、左帮、右帮浅部等煤体应力基本恢复到冲击破坏前的大小,但巷道右帮煤体深部应力仍处于较高应力状态.②深部煤巷围岩冲击破坏与其应力状态呈正相关关系,静载作用下围岩应力呈波动缓增状态,围岩结构破坏不明显;增量荷载作用下,巷道围岩应力呈快增突变状态,局部围岩破坏明显、冲击破坏发生,围岩应力经历了从初始增加到波动增加、再到突变及平衡共7个演化阶段,试验再现了围岩冲击破坏发生的全过程,揭示了冲击破坏发生时的围岩应力突变特征.③在山东滕东煤矿3下 113综放工作面开展了工程实践研究,现场实测表明,试验结果基本符合现场实际,验证了本文试验方法及结果的可靠性.基于试验结果,提出优化调整巷道围岩应力时空变化和提高围岩整体性的围岩卸压与补强支护技术方案,为深部煤巷冲击地压防治提供了重要依据.