弱胶结软岩巷道变形机制与灾变研究

"西部矿区弱胶结软岩地层极不稳定,巷道常布置在煤层,形成全煤和半煤半岩2种布巷方式。基于接触单元法及非线性接触理论,建立弱胶结软岩地层2类布巷方式的数值计算模型,考虑岩层界面效应,分析顶板的离层变形机理,揭示顶板、两帮及底板的变形规律,并进一步获得不同顶板刚度下2类巷道离层破坏的演化特征,阐明2类巷道的灾变发展过程。所得结果表明:2类巷道的顶、底及两帮的变形具有非协同性,底板位移收敛较快,变形量相对较小,围岩变形以顶板和两帮为主,相比而言,全煤模型的稳定性更好。当顶板取不同刚度时,监测点的铅垂位移初始呈"阶跃式"突跳特点,然后平稳增长至稳定值。而且距离巷帮越近,监测点的铅垂位移越大,位移突跳越明显。这种位移"阶跃式"突跳,可以看作围岩产生非稳定破坏的标志。现场钻孔电视对离层情况探测表明,该数值计算结果具有较高的可靠性。" 这篇研究论文详细探讨了西部矿区弱胶结软岩巷道围岩的非协同变形和灾变机制。在这些矿区，由于地质条件复杂，巷道通常会穿过煤层，形成全煤巷道和半煤半岩巷道两种结构。研究采用了接触单元法和非线性接触理论，构建了两种布巷方式的数值计算模型，以更准确地模拟实际情况。 在考虑岩层界面效应的基础上，研究着重分析了顶板的离层变形现象，揭示了顶板、两帮以及底板的变形规律。结果显示，不论是全煤巷道还是半煤半岩巷道，顶板、底板和两帮的变形都呈现出非协同性。底板的位移收敛速度快，变形量相对较小，而主要的围岩变形集中在顶板和两帮。其中，全煤巷道模型在稳定性方面表现出更好的性能。 进一步的研究发现，当顶板的刚度变化时，监测点的垂直位移初期会呈现“阶跃式”突跳，随后逐渐平缓增长至稳定值。这一现象暗示了围岩可能发生的非稳定破坏。同时，随着监测点靠近巷帮，垂直位移的突跳变得更加显著，这为预测潜在的灾变提供了关键指标。 为了验证数值计算模型的准确性，研究人员通过现场的钻孔电视技术对离层情况进行探测，结果表明数值模拟的结果与实地观测高度吻合，从而增强了模型的可信度和应用价值。这项研究对于理解和预防西部矿区弱胶结软岩巷道的灾变，优化巷道设计，提升矿井的安全性具有重要的理论和实践意义。