多因素影响下巷道围岩稳定性分析及优化设计研究

摘要

针对深部煤层巷道矿压显现剧烈且巷道变形难以控制的问题，基于Kastner公式对巷道高宽比、侧压系数、埋深、断面形状、围岩强度5种影响巷道围岩稳定性的因素展开正交数值模拟实验，通过方差和直观分析图法研究了各因素对巷道变形破坏的敏感性。采用平面弹性复变函数理论分析了不同侧压系数与巷道高宽比下椭圆和矩形巷道围岩的应力分布规律，对椭圆形和矩形巷道宽高比和形状进行了优化设计。研究结果表明：围岩强度与侧压系数是影响巷道围岩稳定性的主要因素，埋深、断面形状、巷道高宽比为次要因素；椭圆形巷道在等轴应力比下围岩应力差值最小；矩形巷道宽度为5 m、高宽比为0.6左右时，应力集中程度较小；针对矩形巷道应力快速增高区，在考虑承压特性和断面利用率的基础上设计了圆角矩形优化巷道，确立了圆角半径的计算公式，通过数值模拟验证了其良好的性能。

关键词

正交数值模拟试验 / 围岩控制 / 围岩应力分布 / 巷道高宽比 / 围岩强度