软煤巷道断面优化：平顶弧帮形对抗高应力

"与地应力耦合的软煤巷道断面形状 (2009年)" 这篇论文探讨了在高应力环境下，软煤巷道的理想断面形状问题。作者基于轴变论的理论基础，结合结构力学的力学原理，研究了如何设计适应高水平地应力的软岩煤巷道断面，以提高其承载能力、抗弯性能和自稳性。论文特别关注了“平顶弧帮”形巷道断面，指出这种形状在防止围岩破坏和控制两帮变形方面优于传统的直墙矩形巷道。 轴变论是分析围岩破坏的一个关键理论，它强调了轴向应变与径向应变的比例（轴比）对围岩稳定性的影响。在高应力环境中，巷道断面形状必须与地应力状态相耦合，以实现最佳的工程稳定性。论文中提到，由于所研究的煤矿位于西部地区，具有水平地应力大且主应力方向平行于煤层倾斜方向的特点，因此，断面形状的设计尤为重要。 通过使用UDEC（Unconstrained Discrete Element Code）数值模拟工具，研究人员分析了不同断面形状下的破坏场、应力场和位移场。结果显示，“平顶弧帮”形巷道能够显著改善围岩的应力分布，减少两帮的变形，并且对整体稳定性有积极的促进作用。这表明，弧形墙可以更有效地控制煤巷两帮的变形，从而降低维护难度。 此外，论文还提及了当前煤巷锚网支护技术的广泛应用，尽管矩形断面在保持顶板稳定性方面有一定优势，但在高应力和特殊地质条件下，如遇到弱含水、易膨胀的岩层，矩形断面可能导致更大的塑性区和更复杂的破坏情况。因此，对断面形状的优化是解决这些问题的关键。 现场应用表明，采用平顶弧帮形巷道设计能有效应对软煤巷道的维护难题，提高了巷道的长期稳定性和安全性。这项研究为类似地质条件下的矿井巷道设计提供了理论依据和实践经验，对于改进矿井支护策略和保障安全生产具有重要意义。 关键词：软煤巷道、断面形状、地应力 这篇论文属于自然科学领域，特别是煤炭开采与安全工程的专业论文，对理解地应力与巷道稳定性之间的关系，以及如何通过优化设计来改善巷道性能提供了深入的见解。