動載擾動下深部大斷面硐室圍巖“幫-頂”聯動失穩機理

楊書浩，王 俊，寧建國，沈 圳，李 壯

(1.山東科技大學 礦山災害預防控制省部共建國家重點實驗室培育基地，山東 青島 266590；2.山東科技大學 能源與礦業工程學院，山東 青島 266590)

0 引 言

近年來煤炭資源的高強度開采，使得淺部煤炭資源匱乏，煤炭開采深度逐漸增大，深部開采成為煤炭工業發展與資源開發中的新常態[1-2]。為適應深部采掘機械化的快速發展，需掘進大量的大斷面硐室和巷道，以方便大型機電設備的管理、運行、組裝及維修[3-4]。但是，在深部“三高一擾動”(高地應力、高溫、高滲透水壓及強開采擾動)的復雜條件下，大斷面硐室圍巖承載力與穩定性降低，極易發生斷面收縮、冒頂、片幫等動力破壞[5]，阻礙了深部煤炭資源安全高效開采[6-7]。

目前，國內外學者通過理論分析[8]、數值模擬[9-10]以及室內相似材料模擬等手段，探討了深部大斷面硐室圍巖變形規律，揭示了不同應力環境下深部大斷面硐室圍巖的失穩機制[11-12]。江權等[13]通過現場監測發現，高應力下大型硬巖地下硐室圍巖漸進開裂，且應力跳躍式動態調整易引起內部出現非連續的深層破裂。袁永等[14]研究發現小寬高比硐室幫部巖體在頂底板相互擠壓作用下易形成層裂板結構，且隨著硐室高度增加，層裂板結構極限承載力降低，圍巖穩定性降低。此外，朱成等[15]認為最大主應力峰值區是大斷面硐室圍巖變形破壞的主控作用，也明確了靜載高應力對硐室圍巖穩定性的控制作用。而對于深部大斷面分選硐室而言，硐室圍巖常處于“三高一擾動”的復雜應力環境[16-17]，而應力環境的差異將直接影響其穩定性。……