采动下深部巷道煤岩屈服破坏动态演化机制及巷道安全性分析

本项目以采动影响下深部巷道围岩的安全性分析为研究目标。首先通过一系列煤岩力学试验和声发射测试，揭示高应力和采动影响下煤岩的变形破坏特征以及损伤和屈服的动态演化机制；在此基础上，根据连续介质理论，建立能考虑不同应力水平（围压或静水压力）下煤岩损伤和屈服演化过程的本构模型及相应的数值分析方法；继而，结合提出的巷道稳定性评价指标，实现徐州矿务集团张双楼煤矿典型深部巷道在开挖和采动影响下的安全性分析和评价，并根据分析结果与现场实测数据的对比验证和完善所建立的本构模型。本项目的研究成果可为我国煤矿深部巷道的设计施工以及开采过程优化提供基础的理论和技术支持。

本项目以采动影响下深部巷道围岩的稳定性分析为研究目标。首先通过一系列力学试验，揭示高应力和采动影响下煤岩的变形破坏特征以及损伤和屈服的动态演化机制；在此基础上，根据连续介质理论，建立能考虑不同应力水平下煤岩损伤和屈服演化过程的本构模型及相应的数值分析方法；继而，实现深部巷道在开挖和采动影响下的稳定性分析和支护设计评价，并根据分析结果与现场实测数据的对比验证和完善所建立的本构模型。依据项目申请书内容，经过系统的研究，总体上达到了预期目标。研究取得了三个代表性成果：（1）试验揭示了岩石损伤积累与破坏过程特征：进行了三轴条件下的循环加卸载试验，根据试验结果，提出了考虑围压影响的塑性内变量，基于该内变量获得了岩石屈服破坏过程中弹性、强度参数及剪胀参数的变化规律。（2）建立了岩石非线性本构模型及数值分析方法：所建立的本构模型可以考虑应力状态对岩石损伤演化过程的影响，弹塑性耦合作用，即损伤与塑性的相互作用，以及非关联流动规律；提出了模型的非线性迭代算法以及针对应变软化的非局部分析方法，使建立的模型可以应用于大型的工程计算。（3）提出了采动影响下巷道围岩损伤分析及支护结构评价方法：在已建立的本构模型及算法的基础上，提出了新的锚杆锚索支护的模拟方法，通过与现场实测锚杆受力的对比，表明所提模拟方法是可行的，而后对采动影响下的巷道支承压力分布及损伤状态进行了分析，并对支护方案的合理性进行了分析和评价，指导了煤矿巷道支护设计。