深部掘进巷道围岩空间结构与冲击地压孕育机制及其危险性评价

In recent years, rock burst accident in heading roadway accounted for a larger proportion and relevant literature is not much. This paper focus on the topics of the heading roadway rock burst, such several key research aspects as dynamic laws of shallow and deep surrounding strata synergistic damage, mechanisms of the formation of the spatial structure, the failure mechanism of the structure and the impact of the risk evaluation method. First is the dynamic fracture law of heading roadway strata based on characteristics of strata pressure, displacement, fracture and energy, in different stages and different position along the strike and cross-sectional direction, throuhg methods of theoretical analysis, numerical simulation, on-site monitoring and similar simulation experiment. Second is the mechanisms of roadway strata spatial structure formed in in different locations at different stages through research surrounding strata movement and its relationship with the dynamic pressure. The third is space structure instability mechanism through study of stress transfer law and energy conduction law of instability and failure of heading roadway. The fourth is instability risk evaluation method by studying instability modes of the spatial structure of surrounding strata and dynamic changes of drilling bits, electromagnetic radiation and energy release along different directions in different stages. It provides a theoretical basis and guidance for heading roadway rockburst prevention.

近年来的煤矿冲击地压事故表明，掘进巷道冲击地压事故占比较大，相关文献也不多。以掘进巷道为研究对象，重点研究浅部和深部围岩破坏的协同运动、围岩空间结构型式的阶段变化和冲击危险性评价方法。一是采用理论分析、数值模拟、现场监测和相似模拟试验相结合的方法，沿走向与断面方向,分别研究不同阶段不同位置岩体的应力、位移、裂隙和能量变化特征，探讨掘进巷道围岩的动态破坏特征；二是通过研究掘进巷道围岩破坏运动及其与应力动态发展的关系，探讨不同阶段不同位置掘进巷道围岩空间结构型式及其力学机制；三是通过研究掘进巷道发生失稳破坏的应力传递规律和能量传导规律，探讨掘进巷道围岩空间结构的失稳模式；四是通过研究不同方向不同阶段围岩空间结构失稳模式下钻屑量、电磁辐射和能量释放的动态变化规律，探讨掘进巷道围岩空间结构发生冲击失稳的机制及其危险性评价方法。为掘进巷道冲击地压防治提供理论依据和指导。

本项目针对深部掘进巷道冲击地压防治存在的问题，论证了控制深部岩体破裂的主应力条件及其应力状态，得到了深部主应力的集中或调整是岩体破裂的前提条件，从理论上指出了主应力差的变化是深部岩体破裂发展的原因；建立了深部巷道围岩破坏的分区模型，分析了支护承载区与塑性区在应力破坏上的差异性特点；深部高应力条件下巷道围岩分区破坏特征是围岩空间结构形成的前提和基础，据此研究了高应力条件下无、弱、强冲击倾向性煤层掘进巷道围岩破坏的动态演化规律，建立了深部巷道围岩空间结构模型和巷帮楔墙体结构模型，给出了深部巷道围岩空间结构的4种冲击失稳模式及类型，指出了深部巷道围岩空间结构失稳的冲击地压孕育机制，得到了深部掘进巷道冲击地压发生机理的理论解释；发展了一种深部掘进巷道围岩动态破坏过程的相似模拟试验方法，再现了深部掘进巷道从开挖前到成巷后围岩发生冲击失稳的破坏特征，揭示了从高应力静载到动载冲击失稳破坏的应力变化规律；建立了包括采前的围岩地质应力状态评价、采前的围岩工程应力状态评价、采前的围岩空间结构及失稳类型评估、采中的微震实时监测预警评价、采中的采动应力实时监测预警评价、解危和防护优化技术措施评价等贯穿于冲击地压防治过程的危险性评价方法，即过程闭环综合评价法。结果形成了以增强墙体强度和扩大楔体破坏范围为指导的冲击地压防治理论认识，为冲击地压防治提供了依据。