动载扰动下深井护巷煤柱失稳破坏机理

深部矿井护巷煤柱常处于“三高一扰动”的复杂环境,护巷煤柱稳定性对煤矿通风、运输与行人起着关键作用。针对动载扰动下深井护巷煤柱已发生突变失稳的问题,以新河煤矿-980 m水平3煤层6302工作面南部集中大巷保护煤柱为工程背景,基于FLAC^(3D)模拟软件研究了动载扰动下深部护巷煤柱破坏失稳演化过程,分析了动载强度、煤柱尺度对煤柱动力破坏演化的影响规律,进而建立了护巷煤柱动力失稳尖点突变失稳模型和判别式,揭示了动载作用下深井护巷煤柱破坏特征及突变失稳机理。研究表明:①增大护巷煤柱尺寸能够提高稳定性,减小其失稳破坏的几率;②外部动载冲击强度越大,护巷煤柱易发生整体失稳破坏;③基于护巷煤柱承载力学模型,利用尖点突变模型和弹性薄板理论推演了与外部动载强度、煤柱尺寸等因素有关的煤柱稳定性判别式,提出了动载扰动下深井护巷煤柱失稳破坏判别方法,并进行了工程验证。研究成果丰富了煤柱失稳类冲击地压的预防和控制理论体系,为现场工作面回采护巷煤柱的留设及维护提供可靠的理论指导。

动态拉应力波作用下锚固体力学响应试验研究

巷道围岩支护结构在冲击动载作用下的破坏是深部煤炭开采面临的突出问题,研究动态拉应力作用下锚固围岩的力学响应对揭示锚固结构破坏机制具有一定指导意义。采用分离式霍普金森压杆研究预紧力、锚固方式对锚固岩体抗拉性能的影响规律,分析锚固岩体动态破坏过程及加载过程中锚杆、岩石基体的应变时程。研究结果表明:高预紧力、全长锚固均可提高锚固岩体的抗拉强度与弹性模量;锚固岩体失效经历初期加载阶段、主裂纹形成阶段和宏观破坏形成阶段,高预紧力、全长锚固延缓了主裂纹形成时间,让压锚杆可以承担岩石基体较大的变形使其不丧失锚固能力;端锚试件主裂纹形成之前锚杆与岩石基体共同承载拉应力波,主裂纹形成后外力仅由锚杆承担,直至脱锚;全长锚固时锚杆与岩体共同承载,抵御外部动态拉应力;让压结构改变了锚杆的刚度与变形能力,使其适应岩石基体变形而避免脱锚。研究成果对受动载荷扰动巷道锚杆支护参数设计具有一定的理论指导意义。