防冲壳—吸能体组合支护巷道围岩动力学特性试验研究

Rock burst is one of the most serious dynamic disasters. The dynamic mechanical behavior of surrounding rock in roadway under dynamic load is the essence of rock burst, which is the key to reveal the mechanism of rock burst. Aiming at revealing the dynamic properties of surrounding rock in roadway supported by anti-impact shell and energy-absorbing device, this project will establish a structural model base on mobilizing the bearing capacity and anti-impact of surrounding rock, and the dynamic and energy equation will be studied in this model. Sequentially, the dynamic and static combined loading simulation system, super dynamic measuring system, high speed dynamic analysis system, coal and rock synthetic test system will be used to study the dynamic properties of roof, floor and sides of roadway, the evolution of strain and displacement field, the law of crack propagation and linking and acoustoelectric effect, etc, in order to reveal the dynamic mechanical of surrounding rock in roadway with different combined supports, the function mechanism of anchor-net and energy-absorbing device, the relationship between surrounding rock damage and characteristic parameters of the energy-absorbing device, etc. The achievement is valuable to reveal supporting mechanism of roadway under greater dynamic load, and to direct the supporting design of roadway with rock burst.

冲击矿压是煤矿深部开采最为严重的动力灾害之一。巷道围岩在动力载荷作用下冲击破坏的动力学特性是巷道冲击显现的本质，也是揭示动力作用下巷道支护机理的关键所在。本项目从调动围岩自身承载和防冲能力出发，针对防冲壳—吸能体组合支护巷道围岩动力学特性，建立动力载荷作用下组合支护巷道围岩冲击阻断结构模型，解决该模型中的动力学方程和能量方程，在此基础上采用动静组合加载相似模拟试验系统、超动态信号测试分析系统、高速动态分析及煤岩损伤综合实验系统试验研究动力载荷作用下组合支护巷道围岩侧帮及顶底板响应规律、围岩应变场和位移场演化规律、宏观裂纹扩展及贯通规律等及其声电物理效应规律，以揭示不同形式组合支护巷道围岩动力学响应规律、锚网和吸能体等支护体的功能机制、巷道围岩损伤破坏与吸能体特性指标参数的关系等关键科学问题，形成对揭示大能量动力作用下的巷道支护机理以及对煤矿现场动力灾害严重巷道支护设计具有指导性的研究成果。

冲击矿压是煤矿深部开采最为严重的动力灾害之一。巷道围岩在动力载荷作用下冲击破坏的动力学特性是巷道冲击显现的本质，也是揭示动力作用下巷道支护机理的关键所在。本项目从调动围岩自身承载和防冲能力出发，围绕防冲壳—吸能体组合支护巷道围岩动力学特性研究，建立了动力载荷作用下的冲击阻断结构模型及响应过程判据，构建了冲击阻断结构模型在动力载荷作用下的动力学方程和能量方程，建立了平面P波与圆形锚固巷道相互作用简化模型，研究了动应力波对巷道结构的作用机制。分别研制了动静组合巷道支护相似模拟试验台、静载和顶部冲击动载组合试验系统等试验设备，模拟动力载荷作用下巷道周边围岩和支护体系的冲击破坏过程。数值模拟得到动力载荷作用下裸巷、锚网和吸能体等不同支护形式时巷道围岩动力学响应特征，评价不同支护形式时巷道围岩的稳定能力。试验研究了动力载荷作用下不同锚网、防冲壳—吸能体组合等支护条件时巷道围岩损伤破坏特征及声电物理效应，得到了煤巷冲击孕育过程中围岩损伤演化、破裂类型与物理场响应规律，提取评价吸能体在巷道布置中吸能效应的合理指标，揭示了防冲壳—吸能体组合支护巷道围岩损伤破坏规律，揭示了巷道围岩损伤破坏与吸能体特性指标参数的关系，评价吸能体的作用效果，形成了对揭示大能量动力作用下的巷道支护机理以及对煤矿现场动力灾害严重巷道支护设计具有指导性的研究成果。