動(dòng)壓影響下大巷圍巖變形機(jī)理剖析與卸壓控制策略探究一、引言1.1研究背景與意義煤炭作為我國(guó)的重要能源資源，在能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)著舉足輕重的地位。隨著煤炭開(kāi)采深度和強(qiáng)度的不斷增加，開(kāi)采過(guò)程中面臨的地質(zhì)條件愈發(fā)復(fù)雜，動(dòng)壓對(duì)大巷圍巖穩(wěn)定性的影響日益凸顯。在深部開(kāi)采中，由于上覆巖層壓力增大、地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)頻繁以及采動(dòng)影響等因素，大巷圍巖所承受的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致圍巖變形、破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，給煤礦安全生產(chǎn)和高效開(kāi)采帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。動(dòng)壓對(duì)大巷圍巖穩(wěn)定性的影響具有多方面的復(fù)雜性。一方面，采動(dòng)動(dòng)壓會(huì)使巷道圍巖應(yīng)力重新分布，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致圍巖局部應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度極限，從而引發(fā)圍巖的破裂和變形。例如，在工作面回采過(guò)程中，前方支承壓力的傳遞會(huì)使巷道圍巖承受額外的載荷，導(dǎo)致巷道頂板下沉、底板鼓起、兩幫收斂等變形破壞現(xiàn)象。另一方面，動(dòng)壓的作用還會(huì)使圍巖的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，降低圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。如長(zhǎng)期的動(dòng)壓作用可能使圍巖產(chǎn)生疲勞損傷，導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)劣化，承載能力下降。巷道作為煤礦開(kāi)采中的重要通道，其穩(wěn)定性直接關(guān)系到礦井的正常生產(chǎn)和人員安全。大巷一旦發(fā)生嚴(yán)重變形或失穩(wěn)，不僅會(huì)影響煤炭的運(yùn)輸和通風(fēng)，還可能引發(fā)頂板垮落、瓦斯泄漏等安全事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。此外，為了維護(hù)大巷的穩(wěn)定性，煤礦往往需要投入大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行巷道修復(fù)和支護(hù)，這無(wú)疑增加了煤炭開(kāi)采的成本，降低了開(kāi)采效率。因此，深入研究動(dòng)壓影響下大巷圍巖變形機(jī)理與卸壓控制技術(shù)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)揭示動(dòng)壓作用下大巷圍巖變形的內(nèi)在機(jī)制，可以為制定科學(xué)合理的卸壓控制措施提供理論依據(jù)。有效的卸壓控制技術(shù)能夠降低圍巖應(yīng)力，改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，減少?lài)鷰r變形和破壞，從而保障大巷的穩(wěn)定，確保煤礦生產(chǎn)的安全和高效進(jìn)行。這不僅有助于提高煤炭資源的回收率，降低開(kāi)采成本，還對(duì)促進(jìn)煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在動(dòng)壓影響下大巷圍巖變形方面，國(guó)外學(xué)者開(kāi)展了諸多研究。例如，Smith等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬，對(duì)深部開(kāi)采中動(dòng)壓作用下巷道圍巖的應(yīng)力分布和變形特征進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)動(dòng)壓會(huì)導(dǎo)致巷道圍巖應(yīng)力集中程度顯著增加，且應(yīng)力集中區(qū)域的范圍也會(huì)擴(kuò)大，從而使得圍巖變形加劇。他們還指出，巷道圍巖的變形與巖石的力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造以及動(dòng)壓的加載速率等因素密切相關(guān)。而Jones運(yùn)用相似材料模擬實(shí)驗(yàn)，研究了不同采動(dòng)條件下巷道圍巖的變形規(guī)律，結(jié)果表明，隨著采動(dòng)影響的增強(qiáng)，巷道頂板下沉、底板鼓起以及兩幫收斂的變形量都會(huì)明顯增大，并且變形的發(fā)展具有階段性特征。國(guó)內(nèi)學(xué)者也進(jìn)行了大量深入研究。康紅普等從巖石力學(xué)和礦山壓力的基本理論出發(fā)，對(duì)動(dòng)壓巷道圍巖變形的力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)分析，認(rèn)為動(dòng)壓作用下巷道圍巖的變形是由于應(yīng)力重新分布導(dǎo)致圍巖內(nèi)部產(chǎn)生塑性變形和破裂，進(jìn)而引起圍巖的整體失穩(wěn)。他們通過(guò)對(duì)多個(gè)煤礦現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研和實(shí)測(cè)，總結(jié)出了不同地質(zhì)條件下動(dòng)壓巷道圍巖變形的特征和規(guī)律，并提出了相應(yīng)的控制措施。郭忠平采用數(shù)值模擬軟件，對(duì)動(dòng)壓影響下巷道的超前支承壓力分布和圍巖變形進(jìn)行了模擬研究，揭示了超前支承壓力的峰值位置和變化規(guī)律，以及其對(duì)巷道圍巖變形的影響機(jī)制。此外，一些學(xué)者還考慮了地下水、地溫等因素對(duì)動(dòng)壓巷道圍巖變形的影響，研究發(fā)現(xiàn)，地下水的存在會(huì)降低巖石的強(qiáng)度，使得圍巖更容易發(fā)生變形和破壞，而地溫的變化則會(huì)引起巖石的熱脹冷縮，進(jìn)一步加劇圍巖的變形。在卸壓控制技術(shù)方面，國(guó)外主要采用鉆孔卸壓、爆破卸壓等方法。例如，德國(guó)的一些煤礦通過(guò)在巷道圍巖中布置鉆孔，釋放圍巖內(nèi)部的應(yīng)力，從而達(dá)到卸壓的目的。他們對(duì)鉆孔的布置參數(shù)、卸壓效果的監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行了深入研究，提出了一套較為完善的鉆孔卸壓技術(shù)體系。美國(guó)的一些礦山則采用爆破卸壓技術(shù)，通過(guò)控制爆破參數(shù)，在巷道圍巖中形成一定范圍的破碎區(qū)，使集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)卸壓。他們還研究了爆破卸壓對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的影響，以及如何合理選擇爆破器材和爆破工藝，以確保卸壓效果和巷道安全。國(guó)內(nèi)在卸壓控制技術(shù)方面也取得了豐富的成果。蘆盛亮針對(duì)余吾礦西翼運(yùn)輸大巷受工作面回采擾動(dòng)影響變形破壞嚴(yán)重的問(wèn)題，提出了水力壓裂頂板和注漿加固的綜合控制技術(shù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力和煤巖體原位測(cè)試，應(yīng)用UDEC數(shù)值模擬軟件分析了水力壓裂和注漿對(duì)巷道圍巖變形和應(yīng)力分布規(guī)律的影響，并進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，結(jié)果表明該綜合控制技術(shù)能夠有效減少巷道受力和控制圍巖變形，縮短巷道穩(wěn)定時(shí)間。還有學(xué)者提出了采用大直徑鉆孔卸壓、切頂卸壓等技術(shù)來(lái)控制動(dòng)壓巷道圍巖變形，這些技術(shù)在實(shí)際工程中也取得了較好的應(yīng)用效果。例如，大直徑鉆孔卸壓通過(guò)在巷道圍巖中施工大直徑鉆孔，增加卸壓面積，提高卸壓效果；切頂卸壓則通過(guò)切斷頂板巖層，改變頂板的應(yīng)力分布，從而達(dá)到卸壓的目的。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在動(dòng)壓影響下大巷圍巖變形機(jī)理與卸壓控制方面取得了一定的研究成果，但仍存在一些不足之處。在圍巖變形機(jī)理研究方面，雖然對(duì)一些常見(jiàn)因素的影響有了一定認(rèn)識(shí)，但對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件下多因素耦合作用的研究還不夠深入，如深部高應(yīng)力、強(qiáng)構(gòu)造應(yīng)力、復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造以及地下水等多種因素共同作用下，圍巖變形的微觀機(jī)制和宏觀規(guī)律還需進(jìn)一步探索。在卸壓控制技術(shù)方面，現(xiàn)有的卸壓方法在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些局限性，如某些卸壓技術(shù)的效果受地質(zhì)條件影響較大，不同卸壓方法之間的協(xié)同作用研究較少，難以針對(duì)不同的工程地質(zhì)條件制定出最優(yōu)的卸壓控制方案。此外，對(duì)于卸壓后巷道圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)和評(píng)估方法也有待進(jìn)一步完善。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究圍繞動(dòng)壓影響下大巷圍巖變形機(jī)理與卸壓控制展開(kāi)，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：動(dòng)壓影響下大巷圍巖變形機(jī)理分析：深入研究動(dòng)壓產(chǎn)生的原因及其對(duì)大巷圍巖應(yīng)力分布的影響，分析不同地質(zhì)條件下圍巖應(yīng)力重新分布的規(guī)律，明確應(yīng)力集中區(qū)域的位置和范圍。探討圍巖變形的力學(xué)機(jī)制，包括彈性變形、塑性變形以及破裂失穩(wěn)等過(guò)程，研究圍巖變形與巖石力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、動(dòng)壓加載特性等因素之間的關(guān)系。大巷圍巖變形影響因素研究：全面分析地質(zhì)因素（如巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地下水等）、采動(dòng)因素（采煤工作面的推進(jìn)、頂板垮落等）、支護(hù)因素（支護(hù)方式、支護(hù)強(qiáng)度等）以及時(shí)間因素對(duì)大巷圍巖變形的影響程度和作用機(jī)制。通過(guò)對(duì)各因素的量化分析，建立圍巖變形的影響因素模型，為后續(xù)的卸壓控制技術(shù)研究提供理論依據(jù)。卸壓控制方法研究：針對(duì)動(dòng)壓影響下大巷圍巖變形問(wèn)題，研究多種卸壓控制方法，如鉆孔卸壓、爆破卸壓、水力壓裂卸壓等。分析各種卸壓方法的作用原理、適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)理論計(jì)算和數(shù)值模擬，優(yōu)化卸壓參數(shù)，確定合理的卸壓方案。研究不同卸壓方法之間的協(xié)同作用，提出綜合卸壓控制技術(shù)，以提高卸壓效果，降低圍巖應(yīng)力，控制圍巖變形。卸壓后大巷圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)：建立卸壓后大巷圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包括變形量、變形速率、應(yīng)力狀態(tài)、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力等指標(biāo)。采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)卸壓后大巷圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，并提出相應(yīng)的處理措施。研究卸壓后圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定性的變化規(guī)律，為大巷的長(zhǎng)期安全使用提供保障?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與工程驗(yàn)證：結(jié)合具體煤礦工程實(shí)際，將研究成果應(yīng)用于動(dòng)壓影響下大巷的卸壓控制工程實(shí)踐中。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施卸壓控制方案，并對(duì)大巷圍巖的變形和應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證卸壓控制技術(shù)的有效性和可靠性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)卸壓控制方案進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)，為類(lèi)似工程提供參考和借鑒。1.3.2研究方法為了實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究將綜合運(yùn)用多種研究方法，相互補(bǔ)充、相互驗(yàn)證，確保研究結(jié)果的科學(xué)性和可靠性。理論分析：運(yùn)用巖石力學(xué)、彈塑性力學(xué)、礦山壓力等相關(guān)理論，對(duì)動(dòng)壓影響下大巷圍巖的應(yīng)力分布、變形機(jī)制以及卸壓控制原理進(jìn)行深入分析。建立力學(xué)模型，推導(dǎo)相關(guān)計(jì)算公式，從理論層面揭示圍巖變形和卸壓控制的內(nèi)在規(guī)律，為數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)。數(shù)值模擬：利用FLAC3D、ANSYS等數(shù)值模擬軟件，建立動(dòng)壓影響下大巷圍巖的數(shù)值模型。通過(guò)模擬不同工況下圍巖的應(yīng)力分布、變形特征以及卸壓效果，分析各種因素對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，優(yōu)化卸壓控制方案。數(shù)值模擬可以直觀地展示圍巖變形和應(yīng)力變化的過(guò)程，為理論分析提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也可以預(yù)測(cè)不同方案下的工程效果，為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供指導(dǎo)。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：選擇具有代表性的煤礦大巷作為研究對(duì)象，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。在現(xiàn)場(chǎng)布置監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大巷圍巖的變形、應(yīng)力以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況，獲取第一手?jǐn)?shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，驗(yàn)證理論分析和數(shù)值模擬的正確性，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際工程中存在的問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化研究方案。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，將研究成果應(yīng)用于實(shí)際工程，檢驗(yàn)其有效性和可行性，為工程實(shí)踐提供經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持。文獻(xiàn)研究：廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解動(dòng)壓影響下大巷圍巖變形機(jī)理與卸壓控制的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)?？偨Y(jié)前人的研究成果和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，借鑒相關(guān)的理論和方法，為本文的研究提供參考和啟示。同時(shí)，通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有研究的不足之處，明確本文的研究重點(diǎn)和方向。二、動(dòng)壓對(duì)大巷圍巖的作用機(jī)制2.1動(dòng)壓的產(chǎn)生與類(lèi)型在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，動(dòng)壓的產(chǎn)生是多種因素綜合作用的結(jié)果，其對(duì)大巷圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生著重要影響。采動(dòng)是導(dǎo)致動(dòng)壓產(chǎn)生的主要原因之一。隨著采煤工作面的不斷推進(jìn)，上覆巖層的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，在采空區(qū)周?chē)纬闪藦?fù)雜的應(yīng)力分布。在工作面超前支承壓力的作用下，大巷圍巖受到額外的載荷，應(yīng)力顯著增大。這種超前支承壓力隨著工作面與大巷之間距離的變化而動(dòng)態(tài)變化，當(dāng)工作面接近大巷時(shí)，超前支承壓力達(dá)到峰值，對(duì)大巷圍巖的影響最為強(qiáng)烈。例如，在某煤礦的開(kāi)采過(guò)程中，當(dāng)采煤工作面推進(jìn)至距離大巷50m時(shí)，大巷圍巖所承受的超前支承壓力比正常情況下增加了2-3倍，導(dǎo)致圍巖出現(xiàn)明顯的變形和破壞跡象。采空區(qū)頂板的垮落也是產(chǎn)生動(dòng)壓的重要因素。頂板垮落時(shí)，會(huì)釋放出大量的能量，形成沖擊載荷，作用于大巷圍巖。這種沖擊載荷具有瞬時(shí)性和高強(qiáng)度的特點(diǎn)，能夠在短時(shí)間內(nèi)使大巷圍巖的應(yīng)力急劇增加，從而引發(fā)圍巖的劇烈變形和破壞。在一些頂板堅(jiān)硬、垮落步距較大的采區(qū)，頂板垮落產(chǎn)生的動(dòng)壓對(duì)大巷圍巖的影響尤為嚴(yán)重。例如，某煤礦的采空區(qū)頂板在垮落時(shí)，產(chǎn)生的沖擊動(dòng)壓導(dǎo)致大巷局部地段的頂板瞬間下沉了0.5m，兩幫嚴(yán)重收斂，支護(hù)結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞。爆破作業(yè)同樣會(huì)產(chǎn)生動(dòng)壓。在煤礦開(kāi)采中，爆破是常用的破巖手段。爆破時(shí)，炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波在巖體中傳播，使巖體受到強(qiáng)烈的沖擊和振動(dòng)，從而在巷道圍巖中產(chǎn)生動(dòng)壓。這種動(dòng)壓不僅會(huì)直接破壞巷道圍巖的結(jié)構(gòu)，還會(huì)使圍巖的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，降低圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。此外，爆破產(chǎn)生的動(dòng)壓還可能引發(fā)采空區(qū)頂板的局部垮落，進(jìn)一步加劇對(duì)大巷圍巖的影響。根據(jù)產(chǎn)生原因和特征的不同，常見(jiàn)的動(dòng)壓類(lèi)型主要包括采動(dòng)壓力和沖擊地壓。采動(dòng)壓力是由于采煤活動(dòng)引起的，在采空區(qū)周?chē)纬傻膲毫Ψ植?。它具有分布范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。采動(dòng)壓力的大小和分布規(guī)律與采煤方法、工作面推進(jìn)速度、煤層厚度、頂板巖性等因素密切相關(guān)。在走向長(zhǎng)壁采煤法中，工作面超前支承壓力的影響范圍一般在工作面前方30-80m，峰值位置通常在工作面前方10-20m。不同頂板巖性條件下，采動(dòng)壓力的分布也有所不同。堅(jiān)硬頂板條件下，采動(dòng)壓力集中程度較高，影響范圍相對(duì)較小；而軟弱頂板條件下，采動(dòng)壓力分布較為均勻，影響范圍較大。沖擊地壓則是一種更為劇烈的動(dòng)壓現(xiàn)象。它是在高應(yīng)力狀態(tài)下，煤巖體突然發(fā)生破壞、冒落或拋出，釋放出大量彈性能的動(dòng)力現(xiàn)象。沖擊地壓具有突發(fā)性、瞬時(shí)性和高強(qiáng)度的特點(diǎn)，往往會(huì)對(duì)巷道圍巖造成嚴(yán)重的破壞。沖擊地壓的發(fā)生與地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存條件、開(kāi)采深度等因素密切相關(guān)。在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、煤層厚度變化大、開(kāi)采深度較大的區(qū)域，沖擊地壓的發(fā)生概率較高。例如，在某深部煤礦開(kāi)采中，由于開(kāi)采深度達(dá)到800m，且處于斷層附近，在采煤過(guò)程中頻繁發(fā)生沖擊地壓，導(dǎo)致巷道多次出現(xiàn)嚴(yán)重變形和垮塌，給安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大威脅。2.2動(dòng)壓對(duì)大巷圍巖應(yīng)力分布的影響動(dòng)壓作用下，大巷圍巖應(yīng)力會(huì)發(fā)生顯著的重新分布，這一過(guò)程對(duì)巷道的穩(wěn)定性產(chǎn)生了關(guān)鍵影響。從理論分析的角度來(lái)看，當(dāng)動(dòng)壓作用于大巷圍巖時(shí)，根據(jù)彈性力學(xué)理論，圍巖中的應(yīng)力狀態(tài)可通過(guò)應(yīng)力分量來(lái)描述。在未受動(dòng)壓影響時(shí)，圍巖處于原巖應(yīng)力狀態(tài)，其應(yīng)力分布相對(duì)較為均勻。然而，一旦受到動(dòng)壓作用，如采動(dòng)壓力或沖擊地壓，圍巖的應(yīng)力平衡被打破。以采動(dòng)壓力為例，在采煤工作面推進(jìn)過(guò)程中，超前支承壓力會(huì)向大巷圍巖傳遞。根據(jù)壓力拱理論，在大巷頂板上方會(huì)形成一個(gè)壓力拱，拱內(nèi)的圍巖承受著上覆巖層的壓力，使得頂板圍巖的垂直應(yīng)力增大。同時(shí)，在巷道兩幫，由于受到水平方向的擠壓作用，水平應(yīng)力也會(huì)顯著增加。這種應(yīng)力的重新分布會(huì)導(dǎo)致圍巖在某些區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，如巷道的頂角、底角以及兩幫與頂板的交界處等部位，這些區(qū)域的應(yīng)力值往往遠(yuǎn)高于原巖應(yīng)力。為了更直觀地研究動(dòng)壓對(duì)大巷圍巖應(yīng)力分布的影響，采用數(shù)值模擬的方法進(jìn)行分析。運(yùn)用FLAC3D軟件建立大巷圍巖的數(shù)值模型，模型中考慮了圍巖的巖石力學(xué)參數(shù)、地質(zhì)構(gòu)造以及動(dòng)壓的加載條件等因素。在模擬采動(dòng)壓力作用時(shí)，設(shè)定采煤工作面以一定的速度推進(jìn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)不同時(shí)刻大巷圍巖的應(yīng)力分布情況，得到以下結(jié)果：隨著工作面逐漸靠近大巷，大巷圍巖的應(yīng)力集中區(qū)域逐漸擴(kuò)大，應(yīng)力集中程度也不斷加劇。在工作面前方一定距離處，大巷頂板圍巖的垂直應(yīng)力迅速增大，峰值位置逐漸向巷道表面移動(dòng)。例如，當(dāng)工作面距離大巷50m時(shí)，頂板圍巖垂直應(yīng)力的峰值達(dá)到原巖應(yīng)力的3倍左右，且應(yīng)力集中區(qū)域主要集中在頂板上方1-3m的范圍內(nèi)。同時(shí)，兩幫圍巖的水平應(yīng)力也明顯增大，在兩幫與頂板的交界處，水平應(yīng)力的增加幅度尤為顯著，導(dǎo)致該區(qū)域的圍巖處于復(fù)雜的三向應(yīng)力狀態(tài)。在沖擊地壓作用下，數(shù)值模擬結(jié)果顯示，大巷圍巖的應(yīng)力變化更為劇烈。沖擊地壓產(chǎn)生的瞬間，圍巖中的應(yīng)力急劇上升，形成一個(gè)高應(yīng)力區(qū)，且應(yīng)力傳播具有明顯的方向性。在沖擊方向上，圍巖的應(yīng)力增量最大，導(dǎo)致該方向上的圍巖更容易發(fā)生破壞。例如，當(dāng)沖擊地壓從大巷一側(cè)襲來(lái)時(shí)，靠近沖擊源一側(cè)的圍巖應(yīng)力迅速增大，在短時(shí)間內(nèi)，該側(cè)圍巖的垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力分別增加了5-8倍和3-5倍，使得該側(cè)巷道壁出現(xiàn)嚴(yán)重的破裂和變形，甚至可能導(dǎo)致巷道局部垮塌。不同地質(zhì)條件下，動(dòng)壓對(duì)大巷圍巖應(yīng)力分布的影響也存在差異。在巖石強(qiáng)度較高、完整性較好的圍巖中，動(dòng)壓作用下應(yīng)力集中區(qū)域相對(duì)較小，應(yīng)力集中程度也相對(duì)較低。這是因?yàn)楦邚?qiáng)度的巖石能夠承受較大的應(yīng)力，不易發(fā)生塑性變形和破裂，從而限制了應(yīng)力的擴(kuò)散范圍。而在巖石強(qiáng)度較低、節(jié)理裂隙發(fā)育的圍巖中，動(dòng)壓作用下應(yīng)力集中區(qū)域會(huì)明顯擴(kuò)大，應(yīng)力集中程度也會(huì)加劇。由于節(jié)理裂隙的存在，巖石的連續(xù)性被破壞，應(yīng)力容易在這些薄弱部位集中，導(dǎo)致圍巖更容易發(fā)生變形和破壞。例如，在某煤礦的大巷中，一段圍巖為砂巖，巖石強(qiáng)度較高，在動(dòng)壓作用下，應(yīng)力集中區(qū)域主要集中在巷道周邊0.5-1m的范圍內(nèi)；而另一段圍巖為頁(yè)巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，動(dòng)壓作用下應(yīng)力集中區(qū)域擴(kuò)大到巷道周邊2-3m的范圍，且圍巖的變形和破壞程度明顯更為嚴(yán)重。2.3動(dòng)壓對(duì)大巷圍巖力學(xué)性質(zhì)的改變動(dòng)壓作用會(huì)顯著改變大巷圍巖的力學(xué)性質(zhì)，對(duì)圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生深刻影響。從強(qiáng)度方面來(lái)看，隨著動(dòng)壓的持續(xù)作用，圍巖的強(qiáng)度會(huì)逐漸降低。這主要是因?yàn)閯?dòng)壓會(huì)使圍巖內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋和損傷。在采動(dòng)壓力的反復(fù)作用下，圍巖中的巖石顆粒之間的連接逐漸被破壞，微裂紋不斷擴(kuò)展、貫通，導(dǎo)致巖石的結(jié)構(gòu)完整性遭到破壞。根據(jù)損傷力學(xué)理論，巖石的強(qiáng)度與損傷變量密切相關(guān)，隨著損傷的積累，巖石的強(qiáng)度逐漸降低。例如，在某煤礦的大巷中，通過(guò)對(duì)動(dòng)壓作用前后的圍巖進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)動(dòng)壓作用后，圍巖的抗壓強(qiáng)度降低了20%-30%，抗拉強(qiáng)度降低了30%-40%。這使得圍巖在承受相同載荷時(shí)更容易發(fā)生破壞，從而降低了巷道的穩(wěn)定性。動(dòng)壓對(duì)圍巖彈性模量的影響也十分明顯。彈性模量是衡量巖石彈性變形能力的重要指標(biāo)，反映了巖石在受力時(shí)抵抗變形的能力。在動(dòng)壓作用下，圍巖的彈性模量會(huì)減小。這是由于動(dòng)壓導(dǎo)致圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，巖石顆粒之間的排列變得更加松散，內(nèi)部孔隙增多，從而使得巖石的彈性變形能力增強(qiáng)，彈性模量降低。例如，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在模擬動(dòng)壓加載條件下，砂巖試件的彈性模量隨著動(dòng)壓加載次數(shù)的增加而逐漸減小。當(dāng)動(dòng)壓加載次數(shù)達(dá)到一定程度時(shí)，彈性模量降低了15%-20%。彈性模量的減小意味著圍巖在受到外力作用時(shí)更容易發(fā)生變形，且變形量更大，這進(jìn)一步加劇了大巷圍巖的變形和破壞。此外，動(dòng)壓還會(huì)改變圍巖的泊松比。泊松比是反映巖石橫向變形與縱向變形關(guān)系的參數(shù)。在動(dòng)壓作用下，圍巖的泊松比會(huì)發(fā)生變化，一般呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。這是因?yàn)閯?dòng)壓使圍巖內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)變得更加復(fù)雜，在受到縱向壓力時(shí)，圍巖的橫向變形受到的約束減小，導(dǎo)致橫向變形增大，泊松比增大。例如，在某煤礦的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，動(dòng)壓作用后，巷道圍巖的泊松比從原來(lái)的0.25增大到了0.3-0.35。泊松比的增大使得圍巖在受力時(shí)的橫向變形更加顯著，這對(duì)于巷道的穩(wěn)定性也產(chǎn)生了不利影響，容易導(dǎo)致巷道兩幫的收斂變形加劇。動(dòng)壓對(duì)圍巖力學(xué)性質(zhì)的改變與動(dòng)壓的加載特性密切相關(guān)。加載速率是動(dòng)壓的一個(gè)重要特性，當(dāng)加載速率較快時(shí)，如沖擊地壓發(fā)生時(shí)，動(dòng)壓在短時(shí)間內(nèi)施加到圍巖上，會(huì)使圍巖來(lái)不及產(chǎn)生充分的塑性變形，導(dǎo)致巖石內(nèi)部的應(yīng)力迅速集中，從而更容易發(fā)生脆性破壞，對(duì)圍巖力學(xué)性質(zhì)的改變更為劇烈。而加載次數(shù)也是一個(gè)關(guān)鍵因素，采動(dòng)壓力等動(dòng)壓往往會(huì)反復(fù)作用于圍巖，隨著加載次數(shù)的增加，圍巖內(nèi)部的損傷不斷積累，力學(xué)性質(zhì)的劣化程度也逐漸加劇。例如，在長(zhǎng)期受到采動(dòng)壓力作用的大巷圍巖中，其強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)參數(shù)會(huì)隨著開(kāi)采時(shí)間的延長(zhǎng)和采動(dòng)次數(shù)的增加而持續(xù)降低，最終導(dǎo)致巷道圍巖失穩(wěn)。三、大巷圍巖變形特征與破壞模式3.1大巷圍巖變形的監(jiān)測(cè)方法與案例為了準(zhǔn)確掌握大巷圍巖變形情況，常用的監(jiān)測(cè)方法有全站儀測(cè)量、多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)等。全站儀測(cè)量是一種高精度的測(cè)量技術(shù)，它通過(guò)發(fā)射和接收電磁波，測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而獲取圍巖的位移信息。在某煤礦大巷監(jiān)測(cè)中，在巷道的頂板、兩幫及底板等關(guān)鍵部位設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，定期使用全站儀對(duì)這些觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)，將全站儀架設(shè)在穩(wěn)定的基點(diǎn)上，通過(guò)對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)，記錄下觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)變化，進(jìn)而計(jì)算出圍巖在水平和垂直方向的位移。該方法具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)圍巖的三維變形情況，為分析圍巖變形規(guī)律提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)則是通過(guò)在鉆孔內(nèi)不同深度安裝錨頭，利用鋼絲或鋼桿將錨頭與孔口的測(cè)量裝置相連，當(dāng)圍巖發(fā)生變形時(shí)，錨頭隨圍巖移動(dòng)，帶動(dòng)鋼絲或鋼桿移動(dòng)，通過(guò)測(cè)量裝置測(cè)量鋼絲或鋼桿的位移，從而得到圍巖不同深度的位移情況。在另一煤礦大巷，在巷道頂板和兩幫鉆孔，安裝多點(diǎn)位移計(jì)，每個(gè)位移計(jì)設(shè)置3-5個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別位于不同深度，如0.5m、1m、2m等。通過(guò)定期讀取位移計(jì)的數(shù)據(jù)，能夠清晰地了解圍巖內(nèi)部不同深度的變形情況，對(duì)于分析圍巖變形的深度范圍和發(fā)展趨勢(shì)具有重要意義。以某煤礦大巷為例，該大巷埋深500m，采用綜采放頂煤開(kāi)采工藝，受到工作面回采動(dòng)壓的強(qiáng)烈影響。在大巷中選取了3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面布置了全站儀觀測(cè)點(diǎn)和多點(diǎn)位移計(jì)。在工作面回采前，對(duì)大巷圍巖進(jìn)行了初始測(cè)量，得到了圍巖的初始狀態(tài)數(shù)據(jù)。隨著工作面的逐漸推進(jìn)，當(dāng)工作面距離大巷100m時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)明顯的動(dòng)壓影響，全站儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，巷道頂板下沉量逐漸增大，兩幫收斂變形也開(kāi)始顯現(xiàn)。在距離工作面50m時(shí)，頂板下沉速率達(dá)到了每天10mm，兩幫收斂速率達(dá)到每天8mm。多點(diǎn)位移計(jì)的數(shù)據(jù)則表明，圍巖內(nèi)部的變形范圍也在不斷擴(kuò)大，在頂板上方2m范圍內(nèi)，圍巖位移較為明顯，且隨著深度的增加，位移量逐漸減小。在工作面回采過(guò)程中，對(duì)大巷圍巖的變形進(jìn)行了持續(xù)監(jiān)測(cè)。當(dāng)工作面推過(guò)大巷后，頂板下沉量和兩幫收斂量繼續(xù)增加，但增長(zhǎng)速率逐漸減緩。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，圍巖變形逐漸趨于穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，繪制出了頂板下沉量、兩幫收斂量隨時(shí)間和工作面推進(jìn)距離的變化曲線(xiàn)，清晰地展示了大巷圍巖在動(dòng)壓影響下的變形過(guò)程。從曲線(xiàn)中可以看出，大巷圍巖變形在工作面回采過(guò)程中經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)、緩慢增長(zhǎng)和趨于穩(wěn)定三個(gè)階段，這為后續(xù)分析圍巖變形特征和破壞模式提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。3.2大巷圍巖變形的階段劃分與特征分析根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，大巷圍巖變形可劃分為初始變形階段、快速變形階段和穩(wěn)定變形階段。在初始變形階段，大巷開(kāi)挖后，圍巖應(yīng)力重新分布，打破了原有的平衡狀態(tài)，導(dǎo)致圍巖開(kāi)始出現(xiàn)變形。此階段變形量相對(duì)較小，變形速率較為緩慢，主要是由于圍巖在開(kāi)挖過(guò)程中，巖石內(nèi)部的微裂紋開(kāi)始逐漸擴(kuò)展，巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微調(diào)整。在某煤礦大巷開(kāi)挖后的前3天，頂板下沉量?jī)H為5mm，兩幫收斂量為3mm，變形速率約為每天1-2mm。此時(shí)，圍巖主要發(fā)生彈性變形，能夠在一定程度上恢復(fù)，且支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)圍巖變形的約束作用尚未充分發(fā)揮。隨著工作面的推進(jìn)，動(dòng)壓影響逐漸增大，大巷圍巖進(jìn)入快速變形階段。此階段，動(dòng)壓如采動(dòng)壓力、頂板垮落產(chǎn)生的沖擊動(dòng)壓等持續(xù)作用于圍巖，使得圍巖應(yīng)力集中程度加劇，巖石內(nèi)部的微裂紋迅速擴(kuò)展、貫通，形成宏觀裂紋，導(dǎo)致圍巖的塑性變形顯著增加。在某煤礦大巷中，當(dāng)工作面距離大巷50-30m時(shí)，頂板下沉速率達(dá)到每天15-20mm，兩幫收斂速率達(dá)到每天10-15mm，變形量急劇增大。圍巖的破壞范圍也逐漸擴(kuò)大，從巷道周邊向深部發(fā)展，巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的壓力明顯增大，部分支護(hù)構(gòu)件可能出現(xiàn)變形、損壞等情況，如錨桿的錨固力下降，錨索出現(xiàn)破斷等。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的變形后，當(dāng)工作面遠(yuǎn)離大巷，動(dòng)壓影響逐漸減弱，大巷圍巖進(jìn)入穩(wěn)定變形階段。此時(shí)，圍巖應(yīng)力逐漸重新達(dá)到平衡狀態(tài)，變形速率明顯降低，變形量增長(zhǎng)緩慢，最終趨于穩(wěn)定。在某煤礦大巷中，工作面推過(guò)大巷20天后，頂板下沉速率降至每天1-2mm，兩幫收斂速率降至每天0.5-1mm，圍巖變形基本穩(wěn)定。圍巖內(nèi)部的塑性區(qū)和破碎區(qū)范圍不再擴(kuò)大，支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖共同作用，形成穩(wěn)定的承載體系，能夠維持巷道的基本穩(wěn)定，保證巷道的正常使用。大巷圍巖在不同變形階段，其變形特征與動(dòng)壓的作用密切相關(guān)。在初始變形階段，動(dòng)壓作用相對(duì)較弱，圍巖主要受開(kāi)挖擾動(dòng)影響；而在快速變形階段，動(dòng)壓的持續(xù)加載是導(dǎo)致圍巖變形急劇增加的主要原因；在穩(wěn)定變形階段，動(dòng)壓作用減弱，圍巖自身的承載能力和支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用使得變形得到有效控制。此外，不同地質(zhì)條件下，大巷圍巖變形階段的持續(xù)時(shí)間和變形量也存在差異。巖石強(qiáng)度較高、完整性較好的圍巖，快速變形階段持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短，變形量較?。欢鴰r石強(qiáng)度較低、節(jié)理裂隙發(fā)育的圍巖，快速變形階段持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，變形量較大，且更易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。3.3大巷圍巖破壞的模式與機(jī)理探討大巷圍巖常見(jiàn)的破壞模式包括頂板垮落、片幫和底鼓。頂板垮落是較為常見(jiàn)的破壞形式，在動(dòng)壓作用下，頂板巖層承受的壓力超過(guò)其承載能力，導(dǎo)致巖層斷裂、破碎，進(jìn)而發(fā)生垮落。當(dāng)采煤工作面回采產(chǎn)生的動(dòng)壓傳遞到頂板時(shí)，頂板巖層的應(yīng)力集中區(qū)域會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)巖層的抗拉強(qiáng)度時(shí)，頂板就會(huì)產(chǎn)生裂隙，隨著裂隙的不斷擴(kuò)展和貫通，頂板巖層失去穩(wěn)定性，最終垮落。在一些頂板巖性較軟、節(jié)理裂隙發(fā)育的大巷中，頂板垮落的現(xiàn)象更為頻繁。例如，某煤礦大巷的頂板為頁(yè)巖，在動(dòng)壓影響下，頂板頻繁出現(xiàn)垮落，嚴(yán)重影響了巷道的正常使用和安全生產(chǎn)。片幫是指巷道兩幫的巖體在壓力作用下向巷道內(nèi)擠出、剝落的現(xiàn)象。動(dòng)壓作用下，巷道兩幫承受的水平應(yīng)力增大，使得兩幫巖體處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)兩幫巖體的強(qiáng)度不足以抵抗這種應(yīng)力時(shí)，巖體就會(huì)發(fā)生塑性變形，進(jìn)而出現(xiàn)片幫現(xiàn)象。在一些煤巷中，由于煤體的強(qiáng)度相對(duì)較低，片幫現(xiàn)象尤為突出。當(dāng)工作面超前支承壓力作用于煤巷兩幫時(shí)，煤體在高應(yīng)力作用下發(fā)生破碎，逐漸向巷道內(nèi)剝落，片幫深度可達(dá)1-2m，不僅影響巷道的斷面尺寸，還會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)造成破壞，增加支護(hù)難度。底鼓也是大巷圍巖常見(jiàn)的破壞模式之一。在動(dòng)壓作用下，巷道底板受到向上的壓力，導(dǎo)致底板巖體發(fā)生隆起變形。這主要是由于底板巖體在受到垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力的共同作用下，產(chǎn)生塑性變形和擴(kuò)容。當(dāng)?shù)装鍘r體的強(qiáng)度較低，且受到的動(dòng)壓較大時(shí)，底鼓現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重。在某煤礦大巷中，底板為泥巖，強(qiáng)度較低，在動(dòng)壓影響下，底鼓量達(dá)到了0.5-1m，嚴(yán)重影響了巷道的運(yùn)輸和通風(fēng)。此外，兩幫的變形也會(huì)對(duì)底鼓產(chǎn)生影響，兩幫向內(nèi)收斂會(huì)增加底板的水平應(yīng)力，進(jìn)一步加劇底鼓的發(fā)展。頂板垮落的形成機(jī)理主要與頂板巖層的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)以及動(dòng)壓的作用方式密切相關(guān)。在大巷開(kāi)挖后，頂板巖層的原始應(yīng)力平衡被打破，應(yīng)力重新分布。如果頂板巖層存在節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面，這些結(jié)構(gòu)面會(huì)成為應(yīng)力集中的部位，在動(dòng)壓作用下，結(jié)構(gòu)面之間的巖體容易發(fā)生相對(duì)位移，導(dǎo)致頂板巖層的整體性遭到破壞。當(dāng)頂板巖層的抗拉強(qiáng)度不足以承受拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂隙，隨著動(dòng)壓的持續(xù)作用，裂隙不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致頂板垮落。此外，頂板巖層的厚度、巖性等因素也會(huì)影響頂板垮落的發(fā)生。較薄的頂板巖層和軟弱的巖性更容易發(fā)生垮落。片幫的形成機(jī)理主要是由于巷道兩幫的應(yīng)力集中和巖體強(qiáng)度不足。動(dòng)壓作用下，巷道兩幫的水平應(yīng)力顯著增加，在兩幫與頂板的交界處，應(yīng)力集中更為明顯。當(dāng)兩幫巖體的強(qiáng)度較低，如煤巷中的煤體或軟巖巷道中的軟巖，在高應(yīng)力作用下，巖體容易發(fā)生塑性變形和破裂。隨著變形的發(fā)展，巖體逐漸向巷道內(nèi)擠出、剝落，形成片幫。此外，支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)兩幫的約束能力不足也會(huì)加劇片幫的發(fā)生。如果錨桿、錨索等支護(hù)構(gòu)件的錨固力不足或間距過(guò)大，無(wú)法有效地限制兩幫巖體的變形，就容易導(dǎo)致片幫現(xiàn)象的出現(xiàn)。底鼓的形成機(jī)理較為復(fù)雜，涉及到多種因素的相互作用。動(dòng)壓作用下，巷道底板受到垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力的共同作用。垂直應(yīng)力使底板巖體產(chǎn)生壓縮變形，而水平應(yīng)力則會(huì)使底板巖體發(fā)生剪切變形和擴(kuò)容。當(dāng)?shù)装鍘r體的強(qiáng)度較低，且動(dòng)壓產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)巖體的屈服強(qiáng)度時(shí)，底板巖體就會(huì)發(fā)生塑性變形，向巷道內(nèi)隆起，形成底鼓。此外，地下水的作用也會(huì)對(duì)底鼓產(chǎn)生影響。如果巷道底板存在地下水，地下水會(huì)軟化巖體，降低巖體的強(qiáng)度，使得底板更容易發(fā)生底鼓。同時(shí)，地下水還可能導(dǎo)致巖體的膨脹，進(jìn)一步加劇底鼓的發(fā)展。四、大巷圍巖變形的影響因素分析4.1地質(zhì)因素的影響地質(zhì)構(gòu)造對(duì)大巷圍巖變形有著顯著影響。斷層作為常見(jiàn)的地質(zhì)構(gòu)造，會(huì)使圍巖的完整性遭到嚴(yán)重破壞。當(dāng)大巷穿越斷層時(shí)，斷層破碎帶內(nèi)的巖石往往較為破碎、松散，其力學(xué)強(qiáng)度大幅降低。例如，在某煤礦大巷穿越斷層時(shí)，由于斷層破碎帶的影響，圍巖的抗壓強(qiáng)度降低了40%-50%，導(dǎo)致巷道圍巖在較小的外力作用下就容易發(fā)生變形和破壞。在斷層附近，地應(yīng)力分布也會(huì)發(fā)生明顯變化，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇圍巖的變形。研究表明，斷層附近的應(yīng)力集中系數(shù)可達(dá)原巖應(yīng)力的2-3倍，使得圍巖承受的壓力遠(yuǎn)超其承載能力，從而引發(fā)巷道頂板垮落、兩幫片幫等變形破壞現(xiàn)象。褶皺構(gòu)造同樣會(huì)對(duì)大巷圍巖變形產(chǎn)生重要影響。褶皺的存在使巖層發(fā)生彎曲變形，在褶皺的軸部和翼部，巖層的受力狀態(tài)復(fù)雜，容易出現(xiàn)拉應(yīng)力和剪應(yīng)力集中的情況。當(dāng)大巷位于褶皺軸部時(shí)，頂板巖層受到向上的拉伸作用，容易產(chǎn)生裂隙，進(jìn)而導(dǎo)致頂板垮落；而在褶皺翼部，由于巖層的傾斜，巷道兩幫的受力不均，一側(cè)幫部承受的壓力較大，容易發(fā)生片幫現(xiàn)象。在某煤礦大巷位于褶皺翼部的地段，巷道下幫的片幫深度明顯大于上幫，最大片幫深度達(dá)到1.5m，嚴(yán)重影響了巷道的正常使用。巖石性質(zhì)也是影響大巷圍巖變形的關(guān)鍵因素之一。巖石的強(qiáng)度直接關(guān)系到圍巖的穩(wěn)定性。一般來(lái)說(shuō)，巖石強(qiáng)度越高，圍巖抵抗變形和破壞的能力就越強(qiáng)。例如，砂巖、石灰?guī)r等強(qiáng)度較高的巖石，在相同的地質(zhì)條件和動(dòng)壓作用下，其變形量相對(duì)較??；而泥巖、頁(yè)巖等強(qiáng)度較低的巖石，變形量則較大。在某煤礦大巷中，一段圍巖為砂巖，其單軸抗壓強(qiáng)度為60MPa，在動(dòng)壓影響下，頂板下沉量?jī)H為0.2m；而另一段圍巖為泥巖，單軸抗壓強(qiáng)度為20MPa，頂板下沉量達(dá)到了0.5m。此外，巖石的脆性和韌性也會(huì)影響圍巖的變形特征。脆性巖石在受力時(shí)容易發(fā)生突然的破裂和破壞，而韌性巖石則能夠通過(guò)塑性變形來(lái)吸收能量，延緩破壞的發(fā)生。巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造也不容忽視。節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面的存在會(huì)降低巖石的整體性和強(qiáng)度，使得圍巖更容易發(fā)生變形和破壞。節(jié)理、裂隙的發(fā)育程度、產(chǎn)狀和密度等因素都會(huì)對(duì)圍巖變形產(chǎn)生影響。當(dāng)節(jié)理、裂隙密集且與巷道軸線(xiàn)夾角較小時(shí)，圍巖在動(dòng)壓作用下容易沿著這些結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動(dòng)和分離，導(dǎo)致巷道兩幫片幫、頂板垮落等破壞現(xiàn)象。在某煤礦大巷中，由于圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，在動(dòng)壓影響下，巷道兩幫片幫嚴(yán)重，片幫范圍達(dá)到了巷道周邊1-2m，支護(hù)難度極大。地下水對(duì)大巷圍巖變形的影響也十分復(fù)雜。一方面，地下水會(huì)軟化巖石，降低巖石的強(qiáng)度。例如，泥巖等遇水容易軟化的巖石，在地下水的浸泡下，其抗壓強(qiáng)度會(huì)降低30%-50%，使得圍巖更容易發(fā)生變形和破壞。另一方面，地下水在圍巖中流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生滲透壓力，增加圍巖的受力，進(jìn)一步加劇圍巖的變形。此外，地下水還可能導(dǎo)致巖石的膨脹，特別是對(duì)于含有蒙脫石等膨脹性礦物的巖石，遇水膨脹后會(huì)對(duì)巷道圍巖產(chǎn)生額外的壓力，導(dǎo)致巷道底鼓等變形現(xiàn)象。在某煤礦大巷中，由于底板巖石含有膨脹性礦物，在地下水的作用下，底鼓量達(dá)到了0.8m，嚴(yán)重影響了巷道的運(yùn)輸和通風(fēng)。4.2開(kāi)采因素的影響開(kāi)采深度對(duì)大巷圍巖變形有著顯著影響。隨著開(kāi)采深度的增加，上覆巖層的重量增大，地應(yīng)力相應(yīng)增大。根據(jù)礦山壓力理論，原巖應(yīng)力與開(kāi)采深度成正比關(guān)系，深度每增加100m，垂直應(yīng)力大約增加2.5-3MPa。在某煤礦開(kāi)采中，當(dāng)開(kāi)采深度從500m增加到800m時(shí)，大巷圍巖所承受的垂直應(yīng)力從12.5MPa增加到20MPa，水平應(yīng)力也相應(yīng)增大。較高的地應(yīng)力使得圍巖更容易發(fā)生變形和破壞，在高應(yīng)力作用下，圍巖內(nèi)部的巖石顆粒之間的連接更容易被破壞，微裂紋不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致圍巖強(qiáng)度降低，變形量增大。例如，在深部開(kāi)采的大巷中，頂板下沉量和兩幫收斂量明顯大于淺部開(kāi)采的大巷，且變形速度更快。開(kāi)采順序?qū)Υ笙飮鷰r穩(wěn)定性同樣至關(guān)重要。合理的開(kāi)采順序可以有效減少動(dòng)壓對(duì)大巷的影響，而不合理的開(kāi)采順序則會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中加劇，圍巖變形增大。在某煤礦的多個(gè)采區(qū)開(kāi)采中，采用先開(kāi)采遠(yuǎn)離大巷的采區(qū)，再逐漸向大巷附近采區(qū)推進(jìn)的開(kāi)采順序時(shí)，大巷圍巖變形較小。這是因?yàn)橄乳_(kāi)采遠(yuǎn)離大巷的采區(qū)，能夠使地應(yīng)力在較大范圍內(nèi)得到釋放和調(diào)整，減少了后期開(kāi)采對(duì)大巷的動(dòng)壓影響。相反，當(dāng)采用先開(kāi)采靠近大巷的采區(qū)時(shí)，采動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力集中會(huì)直接作用于大巷圍巖，導(dǎo)致大巷圍巖應(yīng)力急劇增大，變形破壞嚴(yán)重。在這種情況下，大巷頂板垮落、兩幫片幫等現(xiàn)象頻繁發(fā)生，支護(hù)難度大幅增加。采煤方法的選擇也會(huì)對(duì)大巷圍巖變形產(chǎn)生重要影響。不同的采煤方法，其頂板管理方式、工作面推進(jìn)速度以及采空區(qū)處理方法等都有所不同，從而導(dǎo)致對(duì)大巷圍巖的影響各異。在長(zhǎng)壁式采煤法中，工作面推進(jìn)速度較快，頂板垮落較為規(guī)律，采動(dòng)壓力的分布相對(duì)較為穩(wěn)定。當(dāng)工作面推進(jìn)速度為每天5-8m時(shí)，大巷圍巖所受到的采動(dòng)壓力相對(duì)較小，圍巖變形也相對(duì)較小。而在房柱式采煤法中，由于保留了較多的煤柱，煤柱的支撐作用使得采空區(qū)周?chē)膽?yīng)力分布不均勻，容易在煤柱附近和大巷周?chē)纬蓱?yīng)力集中區(qū)域，導(dǎo)致大巷圍巖變形增大。此外，頂板管理方式也會(huì)影響大巷圍巖變形。采用全部垮落法管理頂板時(shí)，頂板垮落產(chǎn)生的動(dòng)壓對(duì)大巷圍巖的影響較大；而采用充填法管理頂板時(shí)，能夠有效減小頂板垮落對(duì)大巷圍巖的影響，降低圍巖變形量。4.3支護(hù)因素的影響支護(hù)方式對(duì)大巷圍巖變形的控制效果有著顯著影響。在某煤礦大巷中，對(duì)比了錨桿支護(hù)和U型棚支護(hù)兩種方式。采用錨桿支護(hù)時(shí)，通過(guò)錨桿的錨固作用，將巷道周邊的圍巖與深部穩(wěn)定巖體連接在一起，形成一個(gè)承載結(jié)構(gòu)，有效限制了圍巖的變形。在動(dòng)壓作用下，錨桿能夠提供一定的錨固力，阻止圍巖的位移和破壞。而采用U型棚支護(hù)時(shí)，U型棚主要通過(guò)自身的剛性結(jié)構(gòu)對(duì)圍巖施加支撐力，抵抗圍巖的變形。在該煤礦大巷中，當(dāng)受到采動(dòng)壓力影響時(shí)，錨桿支護(hù)的大巷頂板下沉量相對(duì)較小，平均下沉量為0.3m；而U型棚支護(hù)的大巷頂板下沉量較大，平均下沉量達(dá)到了0.5m。這是因?yàn)殄^桿支護(hù)能夠更好地適應(yīng)圍巖的變形，與圍巖形成協(xié)同作用，共同承載；而U型棚支護(hù)在面對(duì)較大變形時(shí)，容易出現(xiàn)局部失穩(wěn)，導(dǎo)致支護(hù)效果下降。支護(hù)強(qiáng)度也是影響大巷圍巖變形的關(guān)鍵因素。支護(hù)強(qiáng)度不足會(huì)導(dǎo)致圍巖變形無(wú)法得到有效控制。在某煤礦大巷中，初期采用的錨桿支護(hù)強(qiáng)度較低，錨桿的直徑較小，錨固力不足。在動(dòng)壓作用下，圍巖變形迅速增大，錨桿出現(xiàn)大量破斷，巷道頂板下沉嚴(yán)重，兩幫收斂變形明顯，嚴(yán)重影響了巷道的正常使用。后來(lái)，通過(guò)增加錨桿直徑、提高錨固力以及加密錨桿布置等措施，提高了支護(hù)強(qiáng)度。改進(jìn)后，在相同動(dòng)壓條件下，巷道圍巖變形得到了有效控制，頂板下沉量減少了40%，兩幫收斂量減少了35%。這表明足夠的支護(hù)強(qiáng)度能夠提供足夠的支撐力，有效抵抗動(dòng)壓對(duì)圍巖的破壞作用，維持巷道的穩(wěn)定性。支護(hù)時(shí)間同樣對(duì)大巷圍巖變形有著重要影響。合理的支護(hù)時(shí)間能夠及時(shí)限制圍巖的變形，防止圍巖破壞的進(jìn)一步發(fā)展。在某煤礦大巷開(kāi)挖后，如果支護(hù)時(shí)間過(guò)晚，圍巖在動(dòng)壓作用下已經(jīng)產(chǎn)生了較大的變形和破壞，此時(shí)再進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)效果會(huì)大打折扣。在該大巷中，當(dāng)開(kāi)挖后10天進(jìn)行支護(hù)時(shí)，由于圍巖已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的松動(dòng)和破裂，支護(hù)后圍巖仍繼續(xù)變形，最終頂板下沉量達(dá)到了0.6m。而當(dāng)開(kāi)挖后3天內(nèi)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)時(shí)，能夠有效抑制圍巖的早期變形，支護(hù)后頂板下沉量?jī)H為0.2m。這說(shuō)明及時(shí)支護(hù)能夠在圍巖變形初期就對(duì)其進(jìn)行約束，減少?lài)鷰r的變形量，提高巷道的穩(wěn)定性。不合理支護(hù)會(huì)導(dǎo)致諸多問(wèn)題。支護(hù)方式選擇不當(dāng)，如在松軟破碎圍巖中采用剛性支護(hù)方式，無(wú)法適應(yīng)圍巖的大變形，容易造成支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞，使圍巖失去有效支撐，進(jìn)一步加劇變形。支護(hù)強(qiáng)度不足，無(wú)法承受動(dòng)壓作用下圍巖產(chǎn)生的壓力，會(huì)導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)失效，如錨桿破斷、錨索松弛等，從而引發(fā)巷道頂板垮落、兩幫片幫等事故。支護(hù)時(shí)間不合理，過(guò)晚支護(hù)會(huì)錯(cuò)過(guò)控制圍巖變形的最佳時(shí)機(jī)，增加支護(hù)難度和成本，甚至可能導(dǎo)致巷道無(wú)法修復(fù)，影響礦井的正常生產(chǎn)。因此，在大巷支護(hù)設(shè)計(jì)中，必須充分考慮支護(hù)方式、支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)時(shí)間等因素，選擇合理的支護(hù)方案，以有效控制圍巖變形，確保大巷的穩(wěn)定和安全。五、大巷圍巖卸壓控制的理論基礎(chǔ)5.1卸壓控制的原理與目標(biāo)卸壓控制的基本原理是基于巖石力學(xué)和礦山壓力理論，通過(guò)人為干預(yù)的方式改變大巷圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，從而降低圍巖變形和破壞的風(fēng)險(xiǎn)。在動(dòng)壓影響下，大巷圍巖會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致局部應(yīng)力過(guò)高，超過(guò)圍巖的承載能力，進(jìn)而引發(fā)變形和破壞。卸壓控制就是通過(guò)各種卸壓方法，如鉆孔卸壓、爆破卸壓、水力壓裂卸壓等，在圍巖中形成一定的卸壓空間或改變圍巖的結(jié)構(gòu)，使集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移或得到釋放，從而降低圍巖的應(yīng)力水平，改善圍巖的受力狀態(tài)。以鉆孔卸壓為例，在巷道圍巖中布置鉆孔，鉆孔的存在破壞了圍巖的連續(xù)性，使得圍巖在鉆孔周?chē)纬梢粋€(gè)低應(yīng)力區(qū)域。當(dāng)動(dòng)壓作用于圍巖時(shí)，應(yīng)力會(huì)優(yōu)先向鉆孔周?chē)牡蛻?yīng)力區(qū)域轉(zhuǎn)移，從而降低了其他部位的應(yīng)力集中程度。這就如同在一個(gè)充滿(mǎn)壓力的容器上開(kāi)了幾個(gè)小孔，壓力會(huì)通過(guò)小孔釋放，使容器內(nèi)部的壓力分布更加均勻。在爆破卸壓中，通過(guò)控制爆破參數(shù)，在圍巖中產(chǎn)生一定范圍的破碎區(qū)和裂隙區(qū)。這些破碎區(qū)和裂隙區(qū)能夠吸收和釋放圍巖內(nèi)部的能量，改變應(yīng)力傳播路徑，使集中應(yīng)力向深部巖體轉(zhuǎn)移，達(dá)到卸壓的目的。卸壓控制的目標(biāo)主要包括以下幾個(gè)方面：一是有效降低圍巖應(yīng)力。通過(guò)卸壓措施，使大巷圍巖的應(yīng)力降低到合理范圍內(nèi)，避免應(yīng)力集中導(dǎo)致的圍巖破壞。一般來(lái)說(shuō)，要將圍巖的應(yīng)力降低到其強(qiáng)度極限的一定比例以下，如70%-80%，以確保圍巖的穩(wěn)定性。二是減少?lài)鷰r變形。通過(guò)卸壓改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，從而減小圍巖的變形量和變形速率。在動(dòng)壓影響下，大巷圍巖的頂板下沉、兩幫收斂和底鼓等變形現(xiàn)象嚴(yán)重，卸壓控制的目標(biāo)就是要將這些變形量控制在允許范圍內(nèi)，保證巷道的正常使用。例如，對(duì)于一般的大巷，頂板下沉量應(yīng)控制在0.3-0.5m以?xún)?nèi)，兩幫收斂量控制在0.2-0.4m以?xún)?nèi)。三是提高圍巖的穩(wěn)定性。通過(guò)卸壓和支護(hù)的協(xié)同作用，增強(qiáng)圍巖的自承載能力，提高圍巖的穩(wěn)定性，防止圍巖發(fā)生垮落、片幫等破壞現(xiàn)象，保障巷道的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，卸壓控制需要滿(mǎn)足一定的要求。卸壓方案必須根據(jù)具體的地質(zhì)條件、開(kāi)采情況和巷道布置等因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。不同的地質(zhì)條件下，圍巖的力學(xué)性質(zhì)、應(yīng)力分布和變形特征都有所不同，因此需要針對(duì)性地選擇卸壓方法和確定卸壓參數(shù)。在巖石強(qiáng)度較高的圍巖中，可能需要采用爆破卸壓等較強(qiáng)的卸壓方法；而在巖石強(qiáng)度較低的圍巖中，則更適合采用鉆孔卸壓等相對(duì)溫和的方法。卸壓控制要與支護(hù)措施緊密配合。卸壓后，圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性仍然需要支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)保障，因此卸壓和支護(hù)應(yīng)協(xié)同進(jìn)行，形成一個(gè)有效的圍巖控制體系。此外，卸壓效果需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬等手段，及時(shí)了解卸壓后圍巖的應(yīng)力和變形情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)卸壓方案進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以確保卸壓控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。5.2常見(jiàn)卸壓控制方法的分類(lèi)與特點(diǎn)鉆孔松動(dòng)爆破是一種常用的卸壓方法，其工作原理是利用炸藥在鉆孔內(nèi)爆炸產(chǎn)生的能量，使鉆孔周?chē)膰鷰r產(chǎn)生裂隙和破碎區(qū)，從而改變圍巖的結(jié)構(gòu)和應(yīng)力分布，實(shí)現(xiàn)卸壓。在某煤礦大巷卸壓工程中，在巷道兩幫和頂板布置鉆孔，鉆孔深度根據(jù)圍巖情況確定，一般為3-5m，鉆孔間距為1-1.5m。將炸藥按照一定的裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)放置在鉆孔內(nèi)，采用毫秒延期爆破技術(shù)進(jìn)行爆破。炸藥爆炸時(shí)，產(chǎn)生的高溫高壓氣體在極短時(shí)間內(nèi)急劇膨脹，對(duì)鉆孔周?chē)膰鷰r施加巨大的沖擊壓力，使圍巖內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂紋。隨著爆炸能量的持續(xù)作用，這些微裂紋不斷擴(kuò)展、貫通，形成宏觀裂隙和破碎區(qū)，使得圍巖的完整性被破壞，應(yīng)力得到釋放。鉆孔松動(dòng)爆破適用于巖石強(qiáng)度較高、完整性較好的圍巖。在這種地質(zhì)條件下，通過(guò)爆破能夠有效地在圍巖中形成破碎區(qū)和裂隙區(qū)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的轉(zhuǎn)移和釋放。該方法具有施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，不需要復(fù)雜的設(shè)備和技術(shù)，易于在煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。然而，鉆孔松動(dòng)爆破也存在一些缺點(diǎn)。爆破產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊波可能會(huì)對(duì)巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)造成一定的損壞，影響支護(hù)效果。在爆破過(guò)程中，如果參數(shù)控制不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致圍巖過(guò)度破碎，反而降低圍巖的穩(wěn)定性，增加巷道維護(hù)的難度。水力壓裂是通過(guò)向鉆孔內(nèi)注入高壓液體，利用液體的壓力使圍巖產(chǎn)生裂隙，從而達(dá)到卸壓的目的。在某煤礦大巷的水力壓裂卸壓工程中，首先在巷道頂板或兩幫鉆孔，鉆孔深度一般為10-20m，鉆孔直徑根據(jù)壓裂設(shè)備和工藝要求確定，通常為75-100mm。將高壓水泵與鉆孔連接，通過(guò)注水管向鉆孔內(nèi)注入高壓水。隨著水壓的不斷升高，當(dāng)水壓超過(guò)圍巖的抗拉強(qiáng)度時(shí)，圍巖開(kāi)始產(chǎn)生裂隙。這些裂隙在水壓的持續(xù)作用下不斷擴(kuò)展、延伸，形成裂隙網(wǎng)絡(luò)，使圍巖的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，應(yīng)力得到釋放。水力壓裂適用于堅(jiān)硬、脆性的圍巖，尤其是在頂板巖層較厚、不易垮落的情況下，能夠有效地弱化頂板，使其易于垮落，從而減小頂板對(duì)巷道的壓力。該方法的優(yōu)點(diǎn)是卸壓效果較為明顯，能夠在較大范圍內(nèi)改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)。同時(shí)，水力壓裂對(duì)巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響相對(duì)較小，不會(huì)像爆破那樣產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)和沖擊波。但是，水力壓裂也存在一些局限性。施工設(shè)備和工藝相對(duì)復(fù)雜，需要專(zhuān)業(yè)的設(shè)備和技術(shù)人員進(jìn)行操作。此外，水力壓裂的成本較高，包括設(shè)備購(gòu)置、安裝調(diào)試、高壓液體的制備和運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用，增加了煤礦的開(kāi)采成本。切頂卸壓是通過(guò)對(duì)巷道頂板進(jìn)行處理，切斷頂板巖層，改變頂板的應(yīng)力分布，實(shí)現(xiàn)卸壓。在某煤礦大巷的切頂卸壓工程中，采用深孔預(yù)裂爆破的方法進(jìn)行切頂。在巷道頂板布置鉆孔，鉆孔深度一般要超過(guò)頂板關(guān)鍵層的厚度，鉆孔間距根據(jù)頂板巖性和結(jié)構(gòu)確定，一般為3-5m。在鉆孔內(nèi)放置炸藥，采用預(yù)裂爆破技術(shù)，使炸藥在鉆孔內(nèi)依次起爆，在頂板巖層中形成一條連續(xù)的預(yù)裂縫。隨著工作面的推進(jìn)，頂板在預(yù)裂縫處斷裂，切斷了頂板巖層的連續(xù)性，改變了頂板的應(yīng)力分布，使頂板的壓力向采空區(qū)轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道的卸壓。切頂卸壓適用于頂板巖層較厚、強(qiáng)度較高，且巷道受頂板壓力影響較大的情況。該方法能夠有效地降低頂板對(duì)巷道的壓力，減少巷道圍巖的變形和破壞。切頂卸壓的優(yōu)點(diǎn)是卸壓效果持久，一旦頂板被切斷，其應(yīng)力分布得到改變，能夠長(zhǎng)期有效地保護(hù)巷道。然而，切頂卸壓也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。如果切頂參數(shù)選擇不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致頂板垮落失控，對(duì)巷道和人員安全造成威脅。此外，切頂卸壓對(duì)施工技術(shù)和管理要求較高，需要精確控制鉆孔位置、裝藥量和爆破時(shí)間等參數(shù)。5.3卸壓控制效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法評(píng)價(jià)卸壓控制效果的指標(biāo)主要包括圍巖變形量、應(yīng)力降低程度等。圍巖變形量是衡量卸壓效果的直觀且重要的指標(biāo)，它直接反映了大巷圍巖在卸壓前后的穩(wěn)定性變化情況。在某煤礦大巷卸壓工程中，通過(guò)對(duì)頂板下沉量、兩幫收斂量和底鼓量的監(jiān)測(cè)來(lái)評(píng)估卸壓效果。在卸壓前，大巷頂板下沉量達(dá)到了0.8m，兩幫收斂量為0.6m，底鼓量為0.5m，嚴(yán)重影響了巷道的正常使用和安全。而在實(shí)施卸壓控制措施后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)，頂板下沉量穩(wěn)定在0.3m以?xún)?nèi)，兩幫收斂量控制在0.2m以?xún)?nèi)，底鼓量減小到0.1m，表明卸壓措施有效地抑制了圍巖變形，提高了巷道的穩(wěn)定性。應(yīng)力降低程度也是關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。卸壓的核心目的是降低圍巖應(yīng)力，使其處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。通過(guò)在大巷圍巖中布置應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器，獲取卸壓前后圍巖應(yīng)力的變化數(shù)據(jù)。在某煤礦大巷卸壓前，圍巖應(yīng)力集中區(qū)域的最大應(yīng)力達(dá)到了原巖應(yīng)力的3倍，在實(shí)施鉆孔卸壓和爆破卸壓相結(jié)合的措施后，應(yīng)力集中區(qū)域的最大應(yīng)力降低到原巖應(yīng)力的1.5倍，有效降低了圍巖應(yīng)力，改善了圍巖的受力狀態(tài)。評(píng)價(jià)方法和監(jiān)測(cè)手段主要有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)是最直接、最可靠的評(píng)價(jià)方法，通過(guò)在大巷中布置各種監(jiān)測(cè)儀器，如全站儀、多點(diǎn)位移計(jì)、應(yīng)力傳感器等，實(shí)時(shí)獲取圍巖的變形和應(yīng)力數(shù)據(jù)。在某煤礦大巷卸壓工程中，每隔50m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置3-5個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和2-3個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，定期對(duì)這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)采集。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制圍巖變形和應(yīng)力變化曲線(xiàn)，直觀地展示卸壓控制效果。例如，從頂板下沉量隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)中，可以清晰地看到卸壓后頂板下沉速率明顯降低，變形逐漸趨于穩(wěn)定。數(shù)值模擬則是利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)卸壓過(guò)程進(jìn)行模擬分析，預(yù)測(cè)卸壓效果。運(yùn)用FLAC3D軟件建立大巷圍巖的數(shù)值模型，輸入圍巖的巖石力學(xué)參數(shù)、地質(zhì)構(gòu)造以及卸壓方案等數(shù)據(jù)，模擬卸壓過(guò)程中圍巖的應(yīng)力分布和變形特征。將數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，同時(shí)也可以通過(guò)數(shù)值模擬進(jìn)一步優(yōu)化卸壓方案。例如，通過(guò)數(shù)值模擬不同鉆孔間距和爆破參數(shù)下的卸壓效果，確定最佳的卸壓參數(shù)，提高卸壓效果。此外，還可以利用數(shù)值模擬分析不同地質(zhì)條件和開(kāi)采因素對(duì)卸壓效果的影響，為實(shí)際工程提供更全面的參考依據(jù)。六、大巷圍巖卸壓控制的技術(shù)方案與應(yīng)用6.1基于工程案例的卸壓控制方案設(shè)計(jì)以某煤礦的主運(yùn)輸大巷作為工程案例進(jìn)行分析，該大巷埋深達(dá)700m，煤層平均厚度為4m，采用綜采工藝進(jìn)行開(kāi)采。大巷沿煤層底板掘進(jìn)，頂板為砂巖，平均厚度10m，直接底為泥巖，厚度2m。由于該大巷鄰近多個(gè)采煤工作面，受到強(qiáng)烈的采動(dòng)動(dòng)壓影響，圍巖變形嚴(yán)重，頂板下沉量最大達(dá)到1m，兩幫收斂量達(dá)0.8m，底鼓量為0.6m，嚴(yán)重影響了大巷的正常運(yùn)輸和通風(fēng)，急需采取有效的卸壓控制措施。根據(jù)該大巷的地質(zhì)條件和變形情況，選擇了鉆孔卸壓和切頂卸壓相結(jié)合的綜合卸壓方案。鉆孔卸壓方面，在巷道兩幫和頂板布置鉆孔。鉆孔直徑確定為90mm，這樣的孔徑既能保證卸壓效果，又便于施工操作。鉆孔深度根據(jù)圍巖應(yīng)力分布和破壞范圍確定，兩幫鉆孔深度為8m，頂板鉆孔深度為6m。鉆孔間距則根據(jù)巖石性質(zhì)和動(dòng)壓影響程度進(jìn)行優(yōu)化，兩幫鉆孔間距為1.5m，頂板鉆孔間距為2m。在鉆孔過(guò)程中，采用專(zhuān)業(yè)的鉆孔設(shè)備，確保鉆孔的垂直度和深度符合設(shè)計(jì)要求，以保證卸壓的均勻性和有效性。切頂卸壓采用深孔預(yù)裂爆破的方法。在巷道頂板布置鉆孔，鉆孔深度要超過(guò)頂板關(guān)鍵層的厚度，經(jīng)計(jì)算確定為15m。鉆孔間距根據(jù)頂板巖性和結(jié)構(gòu)確定為3m。在鉆孔內(nèi)放置炸藥，采用高精度的毫秒延期雷管進(jìn)行起爆，使炸藥在鉆孔內(nèi)依次起爆，形成連續(xù)的預(yù)裂縫。炸藥的裝藥量根據(jù)頂板巖石的強(qiáng)度和鉆孔參數(shù)進(jìn)行精確計(jì)算，確保既能有效地切斷頂板巖層，又不會(huì)對(duì)巷道圍巖造成過(guò)度破壞。支護(hù)參數(shù)也進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化。采用高強(qiáng)度錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)，錨桿選用直徑22mm、長(zhǎng)度2.5m的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為800mm×800mm，以增強(qiáng)對(duì)巷道周邊圍巖的錨固力。錨索選用直徑17.8mm、長(zhǎng)度8m的鋼絞線(xiàn)錨索，間排距為1600mm×1600mm，進(jìn)一步提高對(duì)深部圍巖的控制能力。同時(shí)，在巷道表面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)和鋼帶，鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸為100mm×100mm，鋼帶采用11號(hào)礦工鋼制作，以增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力，更好地協(xié)同卸壓措施控制圍巖變形。6.2卸壓控制方案的數(shù)值模擬驗(yàn)證利用數(shù)值模擬軟件FLAC3D對(duì)上述設(shè)計(jì)的卸壓控制方案進(jìn)行模擬分析。在數(shù)值模型中，精確設(shè)置大巷圍巖的巖石力學(xué)參數(shù)，包括彈性模量、泊松比、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等，使其與實(shí)際工程中的圍巖參數(shù)相符。同時(shí)，考慮地質(zhì)構(gòu)造的影響，如斷層、褶皺等，通過(guò)在模型中設(shè)置相應(yīng)的結(jié)構(gòu)面來(lái)模擬地質(zhì)構(gòu)造對(duì)圍巖應(yīng)力分布的影響。在模擬動(dòng)壓加載時(shí)，根據(jù)采煤工作面的推進(jìn)速度和采動(dòng)壓力的變化規(guī)律，設(shè)定合理的加載邊界條件，以真實(shí)反映動(dòng)壓對(duì)大巷圍巖的作用過(guò)程。在模擬鉆孔卸壓時(shí)，按照設(shè)計(jì)的鉆孔參數(shù)，在巷道兩幫和頂板布置鉆孔。通過(guò)在模型中設(shè)置鉆孔單元，模擬鉆孔的存在對(duì)圍巖應(yīng)力分布的影響。在模擬切頂卸壓時(shí)，采用弱化頂板巖層的方法來(lái)模擬深孔預(yù)裂爆破切頂?shù)男Ч?。通過(guò)降低頂板關(guān)鍵層的力學(xué)參數(shù)，如彈性模量和強(qiáng)度等，來(lái)模擬頂板被切斷后的力學(xué)行為。同時(shí)，在模型中設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括錨桿、錨索、鋼筋網(wǎng)和鋼帶等，模擬支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用。模擬結(jié)果顯示，在未實(shí)施卸壓控制措施時(shí)，大巷圍巖在動(dòng)壓作用下，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，頂板最大垂直應(yīng)力達(dá)到原巖應(yīng)力的3.5倍，兩幫最大水平應(yīng)力達(dá)到原巖應(yīng)力的3倍，導(dǎo)致頂板下沉量達(dá)到1.2m，兩幫收斂量達(dá)到1m，底鼓量達(dá)到0.8m，巷道變形嚴(yán)重，已無(wú)法正常使用。在實(shí)施鉆孔卸壓和切頂卸壓相結(jié)合的方案后，大巷圍巖的應(yīng)力分布得到明顯改善。應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力值顯著降低，頂板最大垂直應(yīng)力降低到原巖應(yīng)力的1.8倍，兩幫最大水平應(yīng)力降低到原巖應(yīng)力的1.5倍。頂板下沉量減小到0.4m，兩幫收斂量減小到0.3m，底鼓量減小到0.2m，有效控制了圍巖變形，使巷道能夠保持穩(wěn)定，滿(mǎn)足正常使用要求。通過(guò)對(duì)不同鉆孔間距、切頂參數(shù)等方案進(jìn)行對(duì)比模擬，進(jìn)一步優(yōu)化方案參數(shù)。當(dāng)鉆孔間距從1.5m減小到1.2m時(shí)，圍巖應(yīng)力降低幅度有所增加，但施工成本也相應(yīng)增加，且對(duì)巷道圍巖的擾動(dòng)增大。綜合考慮卸壓效果和施工成本，確定1.5m的鉆孔間距為最優(yōu)方案。在切頂參數(shù)優(yōu)化方面，當(dāng)鉆孔深度從15m增加到18m時(shí)，頂板切頂效果更好，應(yīng)力轉(zhuǎn)移更加明顯，但爆破難度和安全風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。經(jīng)過(guò)權(quán)衡，確定15m的鉆孔深度為最佳參數(shù)。通過(guò)這些模擬分析，不斷調(diào)整和優(yōu)化卸壓控制方案的參數(shù)，使其在保證卸壓效果的前提下，具有更好的經(jīng)濟(jì)性和安全性。6.3卸壓控制方案的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與效果監(jiān)測(cè)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施卸壓控制方案時(shí)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鉆孔施工。在巷道兩幫和頂板采用專(zhuān)用的鉆孔設(shè)備，如液壓鉆機(jī)，按照設(shè)計(jì)的鉆孔直徑、深度和間距進(jìn)行鉆孔作業(yè)。在鉆孔過(guò)程中，密切關(guān)注鉆孔的垂直度和深度，確保鉆孔質(zhì)量符合要求。鉆孔完成后，進(jìn)行裝藥和爆破作業(yè)。在鉆孔松動(dòng)爆破中，根據(jù)設(shè)計(jì)的裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)，將炸藥和雷管按照順序裝入鉆孔內(nèi)，采用毫秒延期爆破技術(shù)，確保爆破的安全性和有效性。在爆破前，對(duì)巷道內(nèi)的設(shè)備和人員進(jìn)行妥善保護(hù)和撤離，設(shè)置警戒區(qū)域，防止爆破飛石和沖擊波對(duì)人員和設(shè)備造成傷害。切頂卸壓的深孔預(yù)裂爆破同樣嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)執(zhí)行。在頂板鉆孔完成后，將炸藥和高精度的毫秒延期雷管按照計(jì)算好的裝藥量和起爆順序放入鉆孔內(nèi)，確保在頂板巖層中形成連續(xù)的預(yù)裂縫。在爆破后，及時(shí)對(duì)頂板的切頂效果進(jìn)行檢查，觀察頂板巖層的斷裂情況和裂縫的發(fā)育程度，確保切頂卸壓達(dá)到預(yù)期效果。支護(hù)施工也同步進(jìn)行。在巷道表面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的100mm×100mm進(jìn)行鋪設(shè)，確保鋼筋網(wǎng)能夠有效地與錨桿、錨索和鋼帶連接，增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性。然后安裝鋼帶，鋼帶采用11號(hào)礦工鋼制作，按照設(shè)計(jì)的間排距進(jìn)行安裝，通過(guò)錨桿和錨索將鋼帶固定在巷道表面，對(duì)巷道圍巖提供額外的支撐力。接著安裝錨桿和錨索，錨桿選用直徑22mm、長(zhǎng)度2.5m的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為800mm×800mm，錨索選用直徑17.8mm、長(zhǎng)度8m的鋼絞線(xiàn)錨索，間排距為1600mm×1600mm。在安裝過(guò)程中，確保錨桿和錨索的錨固力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，通過(guò)張拉設(shè)備對(duì)錨索進(jìn)行張拉，使其提供足夠的預(yù)緊力，有效地約束圍巖的變形。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每隔50m布置一個(gè)，在每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的頂板、兩幫和底板等關(guān)鍵部位安裝全站儀觀測(cè)點(diǎn)和多點(diǎn)位移計(jì)，定期使用全站儀測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，獲取圍巖的位移數(shù)據(jù)，通過(guò)多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)圍巖內(nèi)部不同深度的位移情況。同時(shí)，在圍巖中布置應(yīng)力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圍巖應(yīng)力的變化。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，在卸壓控制方案實(shí)施前，大巷圍巖變形速率較快，頂板下沉速率達(dá)到每天15mm，兩幫收斂速率達(dá)到每天10mm。實(shí)施卸壓控制方案后，圍巖變形速率明顯降低，頂板下沉速率在1-2mm/d，兩幫收斂速率在0.5-1mm/d，變形逐漸趨于穩(wěn)定。應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，卸壓前，圍巖應(yīng)力集中區(qū)域的最大應(yīng)力達(dá)到原巖應(yīng)力的3倍，實(shí)施卸壓方案后，應(yīng)力集中區(qū)域的最大應(yīng)力降低到原巖應(yīng)力的1.8倍，有效降低了圍巖應(yīng)力，改善了圍巖的受力狀態(tài)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，卸壓控制方案有效地控制了大巷圍巖的變形，降低了圍巖應(yīng)力，提高了巷道的穩(wěn)定性，保障了大巷的正常使用和安全生產(chǎn)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和推廣意義。七、結(jié)論與展望7.1研究成果總結(jié)通過(guò)對(duì)動(dòng)壓影響下大巷圍巖變形機(jī)理與卸壓控制的深入研究，取得了以下重要成果：變形機(jī)理方面：明確了動(dòng)壓的產(chǎn)生原因主要包括采動(dòng)、頂板垮落和爆破作業(yè)等，常見(jiàn)的動(dòng)壓類(lèi)型有采動(dòng)壓力和沖擊地壓。動(dòng)壓作用會(huì)使大巷圍巖應(yīng)力重新分布，在巷道頂板、兩幫及頂角、底角等部位形成應(yīng)力集中區(qū)域，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力顯著增加。同時(shí)，動(dòng)壓還會(huì)改變圍巖的力學(xué)性質(zhì)，降低圍巖的強(qiáng)度，減小彈性模量，增大泊松比，使得圍巖更容易發(fā)生變形和破壞。變形特征與破壞模式方面：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和案例分析，總結(jié)出大巷圍巖變形可分為初始變形階段、快速變形階段和穩(wěn)定變形階段。在初始變形階段，變形量較小，速率緩慢；快速變形階段，動(dòng)壓影響加劇，變形量急劇增大，支護(hù)結(jié)構(gòu)壓力增大；穩(wěn)定變形階段，動(dòng)壓減弱，變形速率降低，最終趨于穩(wěn)定。大巷圍巖常見(jiàn)的破壞模式有頂板垮落、片幫和底鼓，頂板垮落是由于頂板巖層受拉應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度，片幫是兩幫巖體在水平應(yīng)力作用下強(qiáng)度不足發(fā)生塑性變形和剝落，底鼓是底板巖體在