浅谈冲击矿压巷道破坏规律数值模拟

侯代亮

[摘 要]在已开采的地质体中建造巷道，由于受到采动影响所以裂隙会分布在巷道中周围，基于上述的均匀密度函数，通过软件的二次开发结合应变强度分布准则，在煤岩体中产生平面裂隙。

[关键词]冲击地压 巷道 破坏

中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）02-0170-01

1 数值模拟模型建立

为了节省计算内存占用量，在不影响结果的情况下，减小模型深度尺寸，建立下图所示的几何模型，模型长8m，高8m。模型的上边界设为地应力，左侧边界为水平构造应力，下侧边界设为辊轴支撑，巷道建造在煤层中，巷道参数为高2m宽2m，求解模型的具体参数主要设置见表1，剩余参数见第二章。

假设煤岩体为初次开采的地界，受到采动的影响较小的地质体中，其整体为无裂缝模型，破坏条件利用Mohr-Coulomb准则在不同围压情况下，模拟了巷道裂隙产生最终破坏失稳的过程。

2 冲击地压数值模拟

受到重力型冲击地压即垂直方向的应力大于水平方向应力的时候，材料破坏的裂隙现在顶板与底板内产生的速度较大，并且随着计算时步的增加逐渐扩大并且贯通，破坏失稳的煤岩体主要集中发生在巷道的上部与下部，在初期巷道两帮同样产生了裂隙但并没有出现贯通失稳的现象。随着底鼓与顶板的垮塌，两帮继而出现了小面积跨落。而整个模型之中的裂隙也是随着时步的增加逐渐的由巷道向模型边界缓慢延伸。

当发生中间型冲击地压即竖向应力与水平方向应力相同时，即Py=Px=20MPa、Py=Px=40MPa时巷道的巷道四周的围岩裂纹几乎同时发生贯穿跨落，图2图3可以看出当施加应力为40MPa时巷道的破坏更加的剧烈模型内部的裂纹也是比较快速的扩展。巷道的失稳跨落模式与我们施加的应力大小几乎没有太大的关系，只是随着我们施加的应力的增加巷道产生的裂隙发育更迅速。而且当Py=Px对模型产生的裂隙明显小于上两种情况，是由于当煤岩体受力时向巷道内部挤压的速率几近相同，位移时没有产生较大的错动所以除去垮塌范围内，模型其余地区依然相对完整。1）当发生重力型冲击地压时，巷道的破坏主要集中在顶板，随着顶板的冒落巷道两帮裂隙缓慢的发育最终一小部分向巷道跨落。

（2）当发生水平构造型冲击地压时，巷道的两侧的裂隙先发育，最终裂隙贯穿产生大量垮落体，两帮的跨落致使顶板的受力面积增大在竖向应力作用下顶板逐渐出现了部分垮落体。

（3）当发生中间型冲击地压时，巷道的四周的围岩几乎同时发生了跨落，而随着应力的增大巷道破坏模式并没有较大的差別，只是加快了裂隙及巷道垮塌的速度。

（4）在受围岩采动较小围岩的破坏规律与应力的大小、巷道断面形状没有太大的关联，只与横向、与纵向所施加的应力比值有关。

从上图可以得出当竖直方向的应力大于水平构造应力的条件下，破坏主要发生在巷道顶板和底板，与无裂隙巷道破坏模式几乎相似，但是由上图可以发现当受到冲击地压的应力作用时，存在水平裂隙的地质体，优先在煤岩体内产生水平裂隙，而竖直裂隙存在地质体时，竖直裂隙优先开始发育，倾斜裂隙亦如此。这与无裂隙巷道产生的裂隙存在明显差别，这为巷道是最终失稳破坏的模式的不同奠定了先决条件。

大裂纹及垮落体首先出现在顶部，随着荷载施加的持续，在巷道顶板裂纹互相贯通发生跨落。高应力区主要集中在巷道顶板，三种情况下的顶板与两帮交界出的破坏形式存在一定的差别破坏度较高的是破坏度较低的是。所以最终三个巷道模型跨落有明显差距，时，巷道顶板裂隙是与应力相互垂直所以其抗压强度是大于，所以其最终巷道跨落破坏的范围小于。这说明裂隙方向与最大荷载应力一致时，巷道破坏的程度是在最大的，而裂隙与应力方向垂直时是相反的。

3 总结

计算并分析不同情况下，无裂纹巷道围岩变形以及坍塌的成因。无裂纹围岩坍塌变形的规律：当受到重力型冲击地压时，巷道顶底板的裂隙优先贯通跨落，继而两帮裂隙贯通跨落其范围小于顶板破坏的范围；当受到水平构造应力型冲击地压时，巷道两侧的裂隙优先贯通，随着两帮煤岩体的跨落上部裸露的面积增大然后跨落，其跨落范围小于两帮；当受到重力与水平构造型一起作用的冲击地压时，巷道四周同时破坏，随着载荷应力的增大，破坏更加剧烈。

参考文献

[1]张泽.冲击矿压下巷道破坏数值模拟研究.硕士论文.黑龙江科技大学.

[2]唐春安.岩石破裂过程的灾变[M].北京：煤炭工业出版社，1993，31-41.