高应力下圆形巷道蠕变加速冲击地压启动条件分析

本文主要探讨了圆形巷道在高静载情况下，由于蠕变型冲击地压现象而面临的特殊挑战，特别是弹性区煤岩加速蠕变对其冲击影响的研究。作者首先利用等时应力应变曲线与全应力应变曲线的关系，精确地确定了煤岩在加速蠕变破坏过程中的时效力学参数，这些参数对于理解煤岩的力学行为至关重要。 研究过程中，作者深入分析了巷道弹性区煤岩加速蠕变的条件，包括高地应力、初次支护的低支护力以及煤的低单轴长期强度。这些因素共同促进了弹性区煤岩的加速蠕变，使得巷道承受更大的应力负担。加速蠕变导致煤岩的强度随时间逐渐劣化，这成为冲击启动的关键驱动力。 作者进一步推导出了圆形巷道围岩蠕变塑性区的应力场模型，考虑了围岩塑性区强度的应变软化效应。在此基础上，他们借鉴冲击地压扰动响应判别准则的理论，探讨了蠕变加速对冲击启动机制的影响，提出了冲击启动的临界条件的解析解。其中，支护力和等时应力-应变曲线的割线模量比(Mt)对冲击临界条件具有显著影响：支护力越大，弹性区煤岩需要经历更严重的强度劣化才能引发冲击，同时冲击启动时围岩内的峰值应力会降低，塑性区的阻抗也会相应增大。 有趣的是，研究发现煤岩单轴压缩峰后与峰前模量比(λ/E0)虽然是决定加速蠕变的因素，但它并不是冲击启动的直接决定因素。巷道弹性区煤岩产生加速蠕变的临界地应力实际上与λ/E0无关，这个比例的大小只影响冲击启动所需的强度劣化的程度：λ/E0越小，需要的强度劣化程度越高。 最后，文章强调了控制巷道蠕变冲击的关键在于防止弹性区煤岩满足加速蠕变的条件，这可以通过优化支护设计和材料选择来实现。这项研究为理解和预防圆形巷道的蠕变型冲击地压提供了一种新的视角和定量的理论依据。