摘要
随着开采技术的发展以及社会对煤炭资源需求量的提升，深部矿井的数量越来越多，且开采深度也不断增加，深部开采逐渐成为常态，深部巷道常常受强烈采动影响，由原岩应力环境变为“三高一扰动”的极其恶劣力学环境，巷道围岩原生裂隙、结构面及新生裂隙急剧产生、扩展、贯通甚至错动，最终导致巷道变形破坏甚至失稳。本文以济宁矿业集团安居煤矿五采区回采巷道为研究对象，通过采用三轴压缩试验、相似模拟试验、数值模拟和现场实测等方法，对巷道围岩裂隙演化规律进行了深入研究并进行了应用。 通过对细砂岩、泥岩和煤岩进行碎胀试验研究，施加0Mpa、2MPa和4MPa围压模拟对巷道表面的无支护状态以及已支护状态，结合声发射监测系统，观察并分析岩样的碎胀变形特征，发现峰前的声发射事件是由少到多的过程，而峰后的声发射事件是由多到少的过程；并计算得到不同围压下各岩样的裂纹扩容体积曲线，发现峰后裂隙体积扩容占比远高于峰前；通过排油量计算的体积应变与理论计算的体积应变值进行对比，发现峰前两者的差异性不大，只有在峰后差异性逐渐明显；对比得到了不同围压下，各岩样的宏观破裂特征。 通过深部高应力巷道围岩裂隙演化规律相似材料模拟试验，得到了不同原岩应力下的围岩破裂变形特征，结合声发射监测结果以及应力监测结果，发现巷道围岩在0.17MPa-0.29MPa原岩应力下巷道围岩变形不明显，声发射事件不多，裂隙数目不多，释放能量不高；在0.41MPa-0.88MPa原岩应力下巷道围岩变形逐渐加重，声发射事件逐渐增多，裂隙数目越来越多，释放能量越来越高，且帮部肩角位置破坏最为明显且严重。 根据安居煤矿5307轨道顺槽工程情况，建立PFC2D数值模型，通过对比不同侧压系数和不同埋深条件下巷道围岩的位移和裂隙演化情况，得到巷道围岩变形及裂隙演化规律：侧压系数大小和埋深对巷道围岩变形及裂隙发育情况都有影响，侧压系数越大，巷道变形越严重，裂隙越发育，埋深越深，巷道变形越严重，裂隙越发育；不论侧压系数大小，顶板和底板多为拉伸破坏，帮部和肩角处的破坏多为剪切破坏，且顶板与帮部裂隙都会汇合，从而造成帮顶联动裂化破裂效应的现象产生。 根据裂隙发育情况、碎胀变形特征以及应力分布特征，结合5307轨道顺槽实际工程情况和深部巷道围岩控制理论，针对5307轨道顺槽的原有控制方案进行改进，提出新的控制方案，并进行了现场应用。
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