深埋巷道动静载叠加诱冲物理模拟试验系统研制与应用

摘要

深部矿井巷道处于高静载应力环境，与开采作业产生的强扰动相互叠加，导致冲击动力灾害频发.为探究深埋巷道动静载叠加诱冲机理，以针对性制定防冲措施，研制动静载叠加诱冲物理模拟试验系统，并配套研发石膏基低强度、高冲击性、易成形模型材料，再现动静组合加载下深埋巷道冲击破坏过程.动静载叠加诱冲物理模拟试验系统主体结构包括试验机框架、静载装置和动载装置，通过高静载应力均衡加载和动静载荷独立加载，还原深部矿井“高静载+动载扰动”复合应力环境；对所研发模型材料标准试样进行常规单轴压缩试验，材料强度约为6.54 MPa,破坏过程碎屑弹射现象剧烈，展现出较强冲击性，满足物理模型试验需求.针对试验操作过程与生产实践流程不一致、物理模型试验对工程实践还原度低等问题，物理模型制作过程中充分考虑模型尺寸、应力环境、支护材料及参数等方面的相似性，并设计了巷道冲击物理模拟标准化作业方法及实施流程.以某千米深井综放工作面巷道特征参数及生产条件为典型案例背景，开展深埋巷道动静叠加诱冲验证性模拟试验，试验系统成功监测并记录了循环反复冲击及不同支护条件下深埋巷道围岩变形和支护构件动态响应，验证了所研发试验系统、模型材料及流程方法的可靠性.该物理模拟试验系统可还原深部矿井巷道复杂静态应力环境，并可施加冲击扰动，对探究复杂应力环境下巷道变形破坏规律、动静叠加诱冲机理、各类技术手段防冲支护效果具有重要意义.

关键词

巷道 / 冲击地压 / 动静载叠加 / 物理模拟 / 模型材料

基金资助

天地科技股份有限公司科技创新重点资助项目(2022-2-TD-ZD016); 国家自然科学基金项目(52474102,52274123)