深部软岩巷道围岩扩容与流变特性模拟研究及应用

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 1; pp. 15 - 33
• Main Authors: 康红普, 伊康
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中煤科工开采研究院有限公司,北京100013 2023; 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室,北京100013%太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024
• Subjects: 应变软化; 深部软岩巷道; 围岩劣化; 扩容; 流变损伤; BVS模型
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2022.1688

TD353; 深部软岩回采巷道围岩劣化、扩容和流变效应显著.基于增量塑性流动理论和流变理论,将改进伯格斯体、改进黏塑性体和应变软化塑性体串联建立了 BVS模型,可描述围岩应变软化、塑性扩容、蠕变三阶段、稳定与非稳定蠕变、流变损伤和流变扩容6个力学特性.推导了该模型的三维增量本构方程,并开发出可供FLAC3D调用的数值形式.结合三维增量本构方程导出的参数辨识公式和中煤能源新集口孜东煤矿岩样试验数据,辨识了 BVS模型的19个输入参数,并采用试验数据、理论解和数值计算结果相互印证的方式,对多种加载条件下单元件应力-应变响应、力学特性和模型整体进行严格校核.将BVS模型用于口孜东煤矿121302运输巷进行数值模拟计算,结果表明:掘进扰动较弱;流变期间围岩大范围持续劣化,呈顶板下沉量较小、巷帮锚固体整体内移和剧烈底臌的特点;回采影响强烈,使围岩大范围劣化,巷道断面强烈变形.底板泥岩持续臌起驱动不断扩容的底煤挤入巷道空间是发生剧烈底臌的主要原因;底板深度1.5 m处流变直接导致的软化参量全程仅占比0～16％,但流变损伤引起应力调整,间接导致软化参量增大.将数值模拟计算结果与井下实测数据进行了对比分析,表明BVS模型基本能反映深部软岩回采巷道围岩变形与破坏规律,但是2者还存在较大差异,仍需进一步完善BVS模型.