煤层巷道失稳演进研究与分区支护策略

本文主要探讨了煤层巷道围岩在不同应力状态下的破断失稳演化特征及其对支护策略的影响。研究者通过对煤层巷道工作面附近的围岩进行了数值模拟，将其应力状态简化为平面应变问题、准平面应变问题和三维复杂应力问题，以深入理解其力学行为。 在层状围岩的梯形巷道中，失稳过程被划分为三个阶段：第一阶段是楔形破坏阶段，当巷道受载时，围岩开始承受压力并出现局部裂缝；第二阶段是滑移失稳阶段，随着负载增加，两帮出现明显的剪切滑移，直接顶和底板开始显示出“三铰拱”形态，预示着可能出现冒落和鼓胀断裂；第三阶段是顶底板大挠度断裂阶段，整个结构的稳定性进一步下降，导致整体失稳。 在准平面应变条件下，煤体的自由端首先经历张拉破裂失稳，导致上覆直接顶砂岩承受不均匀应力，随后可能发生一次弯曲断裂。随着载荷增大，煤体会经历滑移失稳，并呈现出“弧线”压出形态，这可能导致顶板砂岩的断裂。裂隙煤体与砂岩之间的反复作用形成了多对贯通裂隙，揭示了顶板断裂位置和形态与煤体失稳过程间的密切关联。 基于这些观察，研究者结合压剪和拉伸破坏的机理，对单一煤层巷道和沿空留巷煤层巷道的围岩进行了分区研究。他们根据不同的应力条件和煤岩体特性，提出了针对各个区域的针对性支护建议。这些建议可能包括早期加固、局部加强支护、应力释放措施以及动态监测等，以确保巷道的长期稳定性和安全性。 本文通过实验研究和理论分析，为煤层巷道的设计与施工提供了重要的工程指导，对于保障煤矿开采过程中的安全以及优化支护策略具有实际意义。