考虑轴向应力作用的巷道偏应力分布与破坏特征关系
刘洪涛1
韩子俊1
陈子晗1
郭林峰2
梁嘉璐3
韩洲1
刘勤裕1
姬越3
1.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083;巷道支护与灾害防治煤炭行业工程研究中心,北京 1000832.中国煤炭工业协会,北京 1000003.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083
摘要：通过理论分析建立了考虑巷道轴向应力影响的全平面应变问题三维模型,推导了三维应力场下巷道围岩第二不变偏应力J2隐式解析解,分析了巷道围岩在弹性状态和塑性状态时不同水平侧压和轴向侧压应力环境下的J2分布大小及形态演化规律.基于Kastner求解法得出了三维应力场下的巷道围岩塑性区边界隐式解,并运用数学与数值分析方法研究了不同应力条件下巷道围岩塑性区分布特征.建立了第二不变偏应力J2与围岩塑性区形态的相互对应关系,揭示了巷道围岩的变形破坏机制.以寸草塔二矿31205工作面回风巷为工程背景,对叠加采动作用下的巷道围岩J2及塑性区分布特征展开研究,量化了非对称变形破坏特征,寻求了支护阻力与J2的相互作用关系,提出了叠加采动巷道的稳定性控制技术.研究结果表明:固定轴向侧压值变化水平侧压值的情况下,J2和塑性区形态分布特征呈现"圆形-类椭圆形-类蝶形"的演化过程.固定水平侧压值变化轴向侧压值的情况下,J2和塑性区形态保持不变.轴向应力的改变对塑性区形态的影响较小,但会对塑性区尺寸产生较大影响.巷道围岩J2的集中程度越大,围岩的变形破坏程度越大,J2的分布形态一定程度上决定了塑性区的破坏形态.31205回风巷在叠加采动影响下处于高偏应力J2环境,且形成了向采空区一侧旋转的应力分布特征,致使巷道形成非对称大变形破坏.支护阻力的提高对巷道围岩的偏应力J2的降低作用有限,仅依靠锚杆(索)无法完全对巷道围岩进行稳定控制.基于上述研究,提出了超前强力支架+锚杆(索)支护系统的组合控制技术,现场应用效果良好.
关键词：巷道围岩控制偏应力第二不变量J2塑性区形态围岩破坏机制重复采动
分类号：TD322(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(U22A20165)国家自然科学基金(52004289)中央高校基本科研业务费资助项目(2022XJNY01)
论文发表日期：2025-02-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：21( 824-844 )
英文信息