煤巷与支护相互作用的冲击破坏试验与数值分析

吕祥锋，潘一山，唐巨鹏，肖晓春

（1.中国科学院力学研究所，北京 100190；2.辽宁工程技术大学 力学与工程学院，辽宁 阜新 123000）

1 引 言

我国煤矿资源开采逐渐向深部发展，冲击地压的发生频次越来越多，其危害性也愈加增大，造成煤岩巷道破坏、垮塌及人员伤亡事故，对煤矿安全生产造成极大的危害[1－3]。因此，冲击地压巷道围岩安全支护问题成为我国深部资源开发亟需解决的问题。近些年来，许多学者针对巷道支护方法开展了多方面的研究工作，主要形成了锚网锚杆、U型钢支护等主动和被动支护方式。上述支护方法主要是通过增强围岩体强度或者提高支护自身承载能力以实现承担上部载荷的作用[4－5]。但这些支护方法对于提高支护结构的承载能力是有限的，更不能承担深部开采过程中强动力载荷的冲击作用。

吸能支护应用到冲击地压巷道支护结构中，能有效地缓冲和吸收冲击地压能，降低冲击地压巷道破坏程度，为冲击地压巷道提供一种可靠的支护新方法。通过对锚网锚杆、U型钢和吸能支护条件下煤岩巷道冲击破坏过程的试验和数值模拟研究，研究不同支护作用下煤岩巷道冲击破坏规律，揭示煤岩与支护相互作用下的巷道冲击破坏机制，这也是成功地将吸能支护应用到冲击地压巷道支护中的关键，同时也证明吸能支护应用于冲击地压巷道支护结构中的有效性。

2 试验设计与方法

2.1 相似模拟理论[6]

根据冲击地压判别准则可知，在应力-位移曲线中的极大值点即为冲击地压发生点。……