动力扰动下高应力巷道钻孔消能机制的数值研究*

张 寅,尹立冬,张季平,李 哲,杨晨晨,李家俊

(辽宁工程技术大学 力学与工程学院,辽宁 阜新 123000)

0 引言

目前,我国浅部优质煤炭资源接近枯竭,煤炭开采逐步向深处转移。随着开采深度的增加,冲击地压矿井也愈来愈多,冲击地压发生的频次与强度也呈上升趋势[1-2]。深部开采过程中,高应力及动力扰动是诱发动力灾害的重要因素。开采进入深部以后,由原岩自重引起的垂直应力通常就超过20 MPa,而工程开挖、爆破、机械振动、施工垮落等扰动所引起的应力集中水平更是远大于工程岩体的强度[3-4]。深部围岩本身处于高应力状态且巷道周围应力集中程度较为明显,扰动以应力波形式向四周传播,容易诱发巷道大变形或冲击地压、岩爆等动力灾害,因此降低围岩应力集中程度是控制高应力巷道变形的有效手段之一。大直径钻孔是1种施工方便、工艺简单的卸压方法,能够降低巷道上方及周围岩体的高应力峰值和范围,并在钻孔附近形成一定范围的破碎区,在降低巷道周围应力峰值的同时也能衰减应力波传播强度,从而降低巷道发生动力灾害事故风险,切实提高能源、资源开发利用效率,保障开发安全,对于我国经济社会可持续发展和国家战略安全有至关重要的意义[5-6]。

目前,国内外学者已经对动载下巷道围岩的稳定性及破裂进行了许多研究。靖洪文等[7]采用颗粒流方法模拟了高应力及动载耦合作用下煤巷冲击冒顶的细观演化特征。……