(1)获得了强冲击载荷下巷道围岩和支护系统变形破坏特征。强冲击载荷作用下巷道围岩易发生坍塌、漏顶,锚索表现出明显的脆性破断特征,顶板浅部和深部离层增加明显,且顶板离层增加滞后于大冲击能量事件。
(2)得到了冲击载荷、采动应力等对巷道围岩和支护结构动态力学响应的影响规律。冲击载荷作用下巷道迎波侧巷表围岩受冲击影响最大,冲击载荷与高应力叠加作用下巷道塑性区范围更大,巷道更易出现冲击失稳破坏,冲击载荷使巷道围岩不同位置振动速度存在差异,造成锚杆(索)受力出现波动;爆破卸压对巷帮锚索锚固力劣化有明显影响。
(3)开发了高冲击韧性锚杆、高延伸率锚索等抗冲击支护材料,提出了支护−卸压联合控制技术,在典型冲击地压矿井巷道成功应用。
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强冲击载荷下巷道围岩变形破坏特征及控制技术
吴拥政1,2,3,付玉凯1,2,3,何思锋1,2,3,李军臣1,2,3,焦建康1,2,3
中煤科工开采研究院有限公司
天地科技股份有限公司开采设计事业部
煤炭科学研究总院开采研究分院
针对冲击地压巷道围岩及支护结构变形破坏难题,采用数值计算、现场实测、现场试验等研究方法,分析了强冲击载荷下巷道围岩及支护结构变形破坏特征,研究了冲击载荷、采动应力等对巷道围岩和支护结构动态力学响应的影响,开发了抗冲击支护材料,提出了支护-卸压联合控制技术,并选择典型冲击地压矿井进行了应用。研究结果表明:巷道顶板发生冲击时,巷道顶板、两帮和底板质点最大振速分别为1.41、0.63、0.25 m/s,迎波侧巷表围岩受冲击影响最大,侧向次之,背波侧最小。在采动应力与冲击载荷叠加作用下巷道破坏范围更大,塑性区面积达到原岩应力时的2.1倍。随着冲击能量的增加,巷道变形量和质点振动速度峰值均急剧增大,且锚杆(索)受力也出现明显波动。爆破卸压对巷帮锚杆锚固力影响不大,而对锚索锚固力有明显影响,锚索锚固力平均降低26.7%。高冲击韧性锚杆屈服强度800 MPa,断后伸长率20%,冲击吸收功150 J;高延伸率锚索最大力延伸率8%,抗拉强度1770 MPa。联合控制技术在宽沟煤矿进行了现场应用,巷帮锚杆受力53~84 kN,顶板锚索受力122~219 kN,锚杆(索)受力均处于安全允许范围之内,顶板浅部和深部未发生离层,在大能量微震事件作用下,支护系统也能保持稳定。
吴拥政
研究员
吴拥政,男,1978年5月生,河南修武人,中共党员,研究员,博士生导师,中国煤炭科工集团一级首席科学家,中煤科工开采研究院有限公司副总经理,矿山岩层控制煤炭行业研究中心主任,矿山顶板灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室副主任。入选国家“万人计划”科技创新领军人才,国家百千万人才工程“有突出贡献中青年专家”,享受国务院政府特殊津贴。兼任中国煤炭学会岩石与支护专业委员会主任,中国岩石力学与工程学会软岩工程与深部灾害控制分会副理事长,中国煤炭学会青年工作委员会副主任,《采矿与岩层控制工程学报》执行主编,《煤炭学报》编委。
巷道围岩控制
长期从事煤矿巷道围岩控制的研究和开发工作,主持和参与国家863计划、国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家科技支撑计划、国家油气重大专项、国际科技合作及煤炭企业在内的项目40余项,研究成果获国家技术发明二等奖1项,国家科技进步二等奖1项,省部级科技进步奖一等奖12项,中国煤炭工业协会科技创新团队负责人;发表论文100余篇,授权国家发明专利40余件,制修订国家及行业标准10余项。
引用格式
吴拥政,付玉凯,何思锋,等. 强冲击载荷下巷道围岩变形破坏特征及控制技术[J]. 煤炭科学技术,2024,52(9):76−87.
WU Yongzheng,FU Yukai,HE Sifeng,et al. Characteristics of deformation and failure of surrounding rock in roadway under strong impact load and control technology[J]. Coal Science and Technology,2024,52(9):76−87.