深部高应力软岩巷道失稳机理及补偿支护技术
李伟涛1
郭志飚2
何满潮2
汤建泉3
杨然景4
贾东修4
王吉凯4
张科学5
王晓玲6
闫星辰6
刘晨阳6
1.华北科技学院矿山安全学院,河北 廊坊 065201;中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室,北京 1000832.中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室,北京 1000833.山东科技大学采矿工程研究院,山东 泰安 2710004.铁法煤业(集团)有限责任公司小康煤矿,辽宁调兵山 1127005.华北科技学院矿山安全学院,河北 廊坊 065201;中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室,北京 100083;河北省矿山智能化开采技术重点实验室,河北 廊坊 0652016.华北科技学院矿山安全学院,河北 廊坊 065201;河北省矿山智能化开采技术重点实验室,河北 廊坊 065201
摘要：深部开挖岩体应力重分布是多元应力的复合力学问题.首先,基于弹性理论叠加原理,建立了深部高应力软岩巷道开挖瞬间的围岩力学模型,研究了切向应力σ1 和径向应力σ3 的变化规律.其次,构建了深部高应力软岩巷道的支护力学模型,揭示了围岩的支护效应.通过物理模型试验,探究了常规支护和补偿支护下围岩σ1 和σ3 的响应特征及相应的失稳机理.最后,通过数值模拟和现场工程应用验证了补偿支护技术的适用性.结果表明:深部高应力软岩巷道应力重分布呈现径向卸压和切向增压的趋势,开挖瞬间巷道边缘σ1 变为原来的 2倍,而σ3 降为 0.对开挖岩体进行支护后,巷道边缘σ3 为围岩的支护力,σ1 随支护力的增加而降低.与常规支护相比,补偿支护围岩变形量降低 73.7%,破裂碎胀面积降低 88.3%,裂隙长度降低 11.0%.浅部围岩σ3 提高 68.3%,σ1 峰值下降18.2%.常规支护补偿效应弱,围岩σ3 大幅衰减且σ1 集中程度高,促使裂隙持续张开并纵深延长,易造成围岩碎胀扩容变形.补偿支护通过NPR(Negative Poisson's Ratio)锚索充分发挥围岩三轴强度并调动深部岩体自承力,围岩σ3 补偿程度高且σ1 显著降低,从而抑制裂隙的传播和穿透,进而实现围岩自稳.软岩巷道采用补偿支护技术后,NPR锚索实现恒阻,围岩变形和支护破坏程度显著降低,表明该技术对深部高应力软岩工程具有良好的控制效果.
关键词：软岩巷道失稳机理补偿支护力学分析模型试验
分类号：TD353(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(41941018)廊坊市科技支撑计划资助项目(2025013166)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-18（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：18( 1-18 )
英文信息