采動巷道軟弱頂板塑性破壞演化規律與支護方案

張 鋒,李永恩,郭志強,邱玖琢,盧 剛

(1.國家能源集團國源電力有限公司，北京 100033；2.內蒙古蒙東能源有限公司敏東一礦，內蒙古 海拉爾 021000)

0 引 言

巷道頂板塑性破壞是引發頂板整體破裂、產生圍巖大變形、造成支護失效進而導致巷道冒頂的重要原因，支護設計中也多依據圍巖塑性區幾何特征進行冒頂控制設計[1-3]。研究發現，回采工作面采動影響造成巷道塑性區會呈現蝶葉形態特征，尤其對巷道軟弱頂板穩定性產生極為不利的影響[4-6]。因此，揭示采動過程中塑性區在軟弱頂板中的擴展演化規律，對頂板支護參數設計、支護時機的選擇、冒頂隱患的識別等方面具有實際意義[7]。針對采動軟弱頂板巷道圍巖塑性區分布與頂板控制，國內外學者進行了大量研究，取得了諸多行之有效的成果。文獻[8-11]提出了鉆孔與巷道圍巖的周圍的“蝶形塑性區”理論，認為采動引起的圍巖周邊主應力大小、方向的變化是產生不規則塑性區的根本原因，并闡述了圍巖的非對稱大變形破壞是有蝶形塑性區引起的力學機制。文獻[12-14]通過對深部巖巷開挖后圍巖應力演化特征、變形破壞規律的分析，揭示了深井巖巷圍巖穩定性控制機理。SOFIANOS等[15]應用離散元分析軟件UDEC研究了軟弱頂板穩定性的影響規律，得出巖層厚度增大導致錨固頂板跨中的下沉量減小，有利于頂板的穩定。文獻[16-18]建立了含夾層巖體的組合系統力學模型，認為夾層與圍巖中強度較低的巖層首先發生破壞，導致原本穩定的巖層受到擠壓，出現張拉破壞，甚至頂板發生徹底失穩。……