(1)采用3D打印及散斑测量技术,研究了深井厚硬顶板采场巷道围岩受高地应力、强采动应力及爆破强扰动三种应力状态下的应力场与位移场演化规律;
(2)利用光纤应变测量系统,获得了原岩应力、采动应力及爆破扰动三种应力状态下巷道围岩环向应变场分布特征;
(3)分析了应力波连续穿过层状岩体的传播规律,并建立应力波连续穿过层状岩体理论模型,揭示了强动载扰动下巷道动力响应机制。
爆破扰动高应力巷道围岩力学响应特征研究
常聚才1,2,齐潮1,2,3,殷志强1,2,3,史文豹1,2,吴博文1,2,王拓1,2,高翔2
1. 安徽理工大学 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室
2. 安徽理工大学 矿业工程学院
3. 安徽理工大学 安徽省煤矿安全采掘装备制造业创新中心
为研究深井厚硬顶板采场巷道围岩在高静载和强动载耦合作用下的力学响应,基于相似模拟试验分析原岩应力、采动应力及爆破扰动三阶段的巷道围岩应力场与位移场,结合光纤环向应变场研究巷道围岩破坏特征,探索爆破扰动应力波在不同煤岩体中的传播规律及巷道动力响应机制。研究结果表明:巷道开挖后顶底板卸压明显,两帮产生应力集中区,采动应力阶段应力集中区范围增加50%,爆破后顶板围岩沿垮落角大范围卸压,应力沿巷道左肩窝逆时针逐渐增大;浅部巷道围岩呈现向自由面膨胀–变形,受巷道肩窝处剪切滑移错动影响,锚杆、锚索支护场产生相反的位移量,应力波扰动后,巷道左帮产生拉伸裂纹并与锚杆支护场连成宏观裂纹,裂纹发育高度大于锚杆支护场高度;巷道围岩顶底板呈现明显的张拉破坏特征,左右肩角呈现张拉及剪切复合破坏形式;应力波由小阻抗介质进入大阻抗介质的衰减速度最快,在同种介质中衰减速度次之,由大阻抗介质进入小阻抗介质中应力波峰值反而增大,应力波峰值强度衰减后仍大于巷道顶板极限抗拉强度,导致巷道围岩大变形失稳并产生一定程度的动力响应。基于应力波连续穿过层状岩体理论模型,结合动静载叠加理论,可优化爆破参数从而实现减冲抗冲主被动联合支护。
教授
博士生导师
常聚才,男,1979年6月生,山东临沂人,二级教授,博士生导师,全国煤炭教育工作先进个人,“安徽省青年五四奖章”获得者,“全国煤炭青年科技奖”获得者,“安徽省青年科技奖”获得者,安徽省学术和技术带头人。
矿山压力与岩层控制、巷道围岩控制技术、煤炭安全智能开采
研究煤矿深井开采围岩控制理论与技术,提出了控制围岩最小变形的时空耦合支护方法,开发了底板超挖锚注回填与锚网索注整体加固支护成套技术,有效控制深井巷道松软围岩失稳;研发并实施了深井强采动巷道全长树脂锚固支护及采场高位主控岩层弱化卸压一体化控制技术;针对区段巷道维护困难、煤炭资源回收率低、采场接替困难等问题,提出并实施了一种新型的无煤柱护巷技术-原巷充填无煤柱掘巷技术;积极攻关难采煤层智能精准开采关键技术与装备,推动复杂条件煤层智能开采应用。研究成果成功应用于淮南、淮北、皖北等矿区合计10余对矿井巷道围岩稳定性及灾害控制技术的研究,极大促进了深部复杂条件煤层安全开采理论与技术的进步和发展,取得了显著经济社会效益。
引用格式
常聚才,齐潮,殷志强,等. 爆破扰动高应力巷道围岩力学响应特征研究[J]. 煤炭科学技术,2024,52(6):1−13.
CHANG Jucai,QI Chao,YIN Zhiqiang,et al. Study on the dynamic response characteristics of surrounding rock in high stress tunnel under blasting disturbance[J]. Coal Science and Technology,2024,52(6):1−13.