采矿与安全工程学报 ›› 2021, Vol. 38 ›› Issue (6): 1111-1121.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2020.0548

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非等压应力场巷道围岩主应力差分布规律与稳定性分析

赵洪宝,程辉,刘绍强,秦逢缘,王伊阔   

  1. 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京  100083
  • 出版日期:2021-11-15 发布日期:2021-12-06
  • 通讯作者: 程辉 E-mail:hui1280@126.com
  • 作者简介:赵洪宝(1980— ),男,山东省德州市人,教授,博士生导师,主要从事矿山岩体力学方面的研究。
  • 基金资助:
    越崎杰出学者计划项目(800015Z1179);河北省生态智慧矿山联合基金项目(E2020402036);中央高校基本科研业务费研究生科研创新能力提升项目(2020YJSNY07)

Distribution law of principal stress difference and stability of roadway surrounding rock in unequal stress field

  • Online:2021-11-15 Published:2021-12-06

摘要:

采用理论分析、数值模拟方法对非等压应力场巷道围岩主应力差分布规律与稳定性进行研究,重点分析不同侧压系数下巷道顶底板与两帮的主应力差分布演化规律、塑性区形态和变形演化规律。研究结果表明:侧压系数λ<1时,巷道两帮破坏范围大于顶底板;λ>1时,顶底板破坏范围大于两帮。基于数学拟合得到巷道围岩最大主应力差轨迹线方程,该式可计算出围岩破坏最严重区域。巷道在围岩四周会形成主应力差承载壳,λ增大过程中,承载壳形态演化过程为:水平的类“8”字形扁平椭圆形圆形瘦高椭圆形类“8”字形。顶底板主应力差峰值随着λ的增大而增大,并向围岩深部转移,两帮峰值随着λ的增大而减小,向围岩浅部转移。巷道围岩塑性区总是分布在主应力差承载壳内,其形态演化过程与主应力差承载壳保持一致。λ增大过程中,巷道顶底板位移曲线离散程度不断增大,两帮位移曲线离散程度先减小后增大。λ<1时,两帮表面位移>顶底板表面位移;λ>1时,顶底板表面位移>两帮表面位移。λ越接近1,巷道围岩稳定性越好。以回坡底煤矿11-1021巷为工程背景,研究发现巷道围岩主应力差呈倾斜的类“8”字形分布,理论分析结果与巷道实际破坏情况吻合,验证了理论的正确性。

关键词: 非等压应力场, 侧压系数, 主应力差, 承载壳, 塑性区

中图分类号: