巷道大变形、冒顶、冲击地压等灾害形式都是因围岩产生了不同范围和形式的破坏引起的, 破坏的形态特征和发展演化规律对于灾害的类型和剧烈程度具有直接影响。
马念杰团队以弹塑性力学中孔洞围岩破坏的平面应变模型为基础, 研究了圆形巷道围岩塑性区形态和扩展规律。
圆形巷道塑性区一般形态
在不同的应力条件下, 圆形巷道围岩塑性区具有圆形、椭圆形和蝶形3种基本形态。定义η为巷道所受最大主应力与最小主应力的比值。η=1时, 塑性区为圆形形态；η由1增大时, 主应力方向上的巷道围岩塑性区出现扩展, 塑性区由圆形形态逐渐演化为椭圆形形态；随着η的进一步增大, 当达到一定值以后, 2个主应力夹角的角平分线方向的塑性区发生明显扩展, 塑性区边界呈现出在2个主应力夹角的角平分线方向凸出、在主应力方向凹陷的类似蝴蝶形的轮廓, 随着η继续增大, 塑性区只是尺寸增大而形态不会发生变化。将这种边界轮廓类似蝴蝶形状的塑性区称为蝶形塑性区, 凸出的部分称为蝶叶。
研究人员从应力环境、围岩条件、支护阻力3个方面阐述了蝶形塑性区具有方向性、突变性、变异性、蝶叶缺失和跃透、支护微效性等基本特性。在论述蝶形塑性区工程意义的基础上, 探讨了该理论在巷道围岩控制、动力灾害防治、煤与瓦斯共采等工程理论的应用前景。
研究同时指出，巷道蝶形破坏理论并不是指所有的巷道围岩都会产生蝶形破坏, 事实上, 蝶形形态是巷道围岩可能产生的破坏形态之一, 大多数的巷道围岩破坏形态都不是蝶形, 只有在特殊的应力和围岩条件下巷道才会产生蝶形破坏，但蝶形破坏与巷道工程灾害具有更紧密的联系。
这项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金的资金支持。研究成果以《巷道蝶形破坏理论及其应用前景》为题发表于《中国矿业大学学报》2018年第5期。
