孔 令 海

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 安全分院，北京 100013; 2.煤炭科學(xué)研究總院 煤炭資源高效開采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013)

深部巷道圍巖所處應(yīng)力狀態(tài)與變形破壞的復(fù)雜特性，近年來一直是巖石力學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。在高地應(yīng)力作用下，深部巷道受開采空間引起的強(qiáng)烈支承壓力作用，巷道圍巖集中應(yīng)力達(dá)數(shù)倍于原巖應(yīng)力，造成深部巖體不同于淺部的變形破壞特征，如高地壓、大變形、難支護(hù)、塑性大范圍破壞、蠕變破壞等，在圍巖破壞規(guī)律、變形破壞機(jī)制、圍巖加固機(jī)制、弱結(jié)構(gòu)災(zāi)變、頂幫錨固控制、圍巖結(jié)構(gòu)等理論技術(shù)方面取得了豐富成果[1]。

在深部巷道圍巖沖擊破壞方面，文獻(xiàn)[2]研究了深部巷道圍巖沖擊機(jī)制，文獻(xiàn)[3]研究了深部巷道防沖支護(hù)機(jī)理，文獻(xiàn)[4-5]從工程范疇研究了深部巷道沖擊機(jī)理，文獻(xiàn)[6]研究了深部巷道圍巖蝶型破壞沖擊失穩(wěn)機(jī)制，文獻(xiàn)[7]研究了深部煤巷頂幫圍巖結(jié)構(gòu)沖擊破壞發(fā)生機(jī)制，文獻(xiàn)[8-12]對(duì)深部巖體工程響應(yīng)特征和深部巷道圍巖分區(qū)破裂化機(jī)理進(jìn)行了研究。

相似模擬試驗(yàn)因其材料成本低、載荷施加簡(jiǎn)單、模擬工程活動(dòng)方便、可重復(fù)、可重現(xiàn)巖體破壞過程等優(yōu)點(diǎn)，是深部巷道圍巖穩(wěn)定性研究的一種重要物理模擬實(shí)驗(yàn)方法。文獻(xiàn)[13-15]研究了霍普金森桿試動(dòng)靜載下巖石和煤的沖擊破壞特征；文獻(xiàn)[16]研究了帶孔石膏模型動(dòng)靜載作用下的沖擊地壓過程和圓形巷道孔口圍巖應(yīng)力;文獻(xiàn)[17]通過相似材料模擬試驗(yàn)研究了水平構(gòu)造應(yīng)力對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性的影響規(guī)律;文獻(xiàn)[18]通過爆炸模擬動(dòng)荷載研究了動(dòng)靜荷載聯(lián)合作用下的響應(yīng)規(guī)律及拋擲型沖擊地壓破壞現(xiàn)象;文獻(xiàn)[19]研究了高速?zèng)_擊載荷作用下巷道圍巖動(dòng)態(tài)破壞過程;文獻(xiàn)[20]對(duì)巖爆相似材料進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究;文獻(xiàn)[21]采用相似材料和煤質(zhì)材料模擬研究了巷道煤壁層裂板結(jié)構(gòu)局部突然失穩(wěn)形成片幫型沖擊地壓的機(jī)制。這些成果在試驗(yàn)材料、沖擊破壞現(xiàn)象及特征等方面得到新的認(rèn)識(shí)。

由于我國(guó)煤礦深部巷道工程地質(zhì)條件多樣性的特點(diǎn)，不同條件下沖擊地壓的主要影響因素及機(jī)制不同，巷道圍巖結(jié)構(gòu)發(fā)生沖擊破壞的相似模擬試驗(yàn)方法仍有待深入研究，如在試驗(yàn)材料與加載方式、沖擊破壞現(xiàn)象及規(guī)律等方面。相比已有研究，筆者以深部沖擊地壓巷道為背景，采用相似模擬試驗(yàn)方法，通過二維恒定荷載和增量荷載加載方式，研究了靜載和增量荷載持續(xù)作用下深部煤巷圍巖的連續(xù)破壞過程，探討了基于相似模擬試驗(yàn)的深部煤巷圍巖沖擊破壞與圍巖應(yīng)力間的關(guān)系及演化規(guī)律。

1 試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與模型構(gòu)建

1.1 工程背景

滕東煤礦為千米埋深礦井，主采3下煤層，平均厚度4.5 m，煤體單軸抗壓強(qiáng)度28 MPa。直接頂為厚度14.76 m的細(xì)砂巖，細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu);基本頂為厚度17.48 m的中砂巖，深灰色、巨厚層狀、砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、參差狀斷口，上部含植物根部化石及黃鐵礦，下部砂質(zhì)含量增加。直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度0～7.50 m，平均3.75 m;底板為粉砂巖、細(xì)砂巖，厚度平均15.16 m，粉砂巖為灰色，薄層狀，細(xì)-粗粉砂狀結(jié)構(gòu)，參差狀斷口，下部緩波狀水平層理發(fā)育。

3下113工作面平均埋深998 m，評(píng)價(jià)結(jié)果為強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)等級(jí)。軌道巷鄰近多個(gè)工作面采空區(qū)(最小間距60 m)，寬×高為4 400 mm×3 200 mm，錨桿φ20 mm×2 400 mm，頂錨桿間排距950 mm×900 mm，幫錨桿間排距900 mm×900 mm，錨桿錨固力40 kN;頂板錨索三花布置，間排距950 mm×1 800 mm，每排2～3根，錨索錨固力80 kN。

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1試驗(yàn)系統(tǒng)及相似比

試驗(yàn)平臺(tái)尺寸為1 800 mm(寬)×2 000 mm(高)×900 mm(深)，由伺服控制系統(tǒng)、主體剛架、傳感系統(tǒng)、采集系統(tǒng)等組成。為減小邊界效應(yīng)，基于相似定律，結(jié)合巷道與模型尺寸，確定幾何比例為1∶40，如圖1所示，滿足深部巷道破壞范圍大的特點(diǎn)。

圖1 巷道測(cè)點(diǎn)布置斷面示意Fig.1 Layout of measuring points of roadway

1.2.2試驗(yàn)材料及配比

選用石膏做膠結(jié)劑，選擇粒徑小于1 mm的河砂和碳酸鈣為骨料。設(shè)計(jì)5種配比進(jìn)行測(cè)試，從中選出最佳配比，在相似理論的基礎(chǔ)上，相似材料配比為:細(xì)粒砂巖7∶8∶2，3下煤8∶6∶4，砂質(zhì)泥巖9∶7∶3，細(xì)砂巖8∶6∶4，相似模擬材料平均密度為1 600 kg/m3，密度相似常數(shù)為1.56，應(yīng)力與強(qiáng)度相似比62.5。

1.2.3開挖方案

相似模型建成后，在模型中部位置，從模型的一側(cè)開門在另一側(cè)貫通，巷道沿煤層底板開挖，矩形巷道尺寸為1 100 mm×800 mm，開挖步距30 mm。

1.2.4巷道支護(hù)方案

試驗(yàn)錨桿選用長(zhǎng)60 m、直徑2.5 mm的細(xì)鐵釘，錨索選用長(zhǎng)170 mm、直徑2 mm鋼絲，錨索托盤選用直徑10 mm、厚1 mm的標(biāo)準(zhǔn)墊片，錨固劑選用AB型高強(qiáng)力粘結(jié)劑，金屬網(wǎng)選用塑料紗網(wǎng)，單體支護(hù)選用細(xì)鐵絲。頂板錨桿與錨索間隔支護(hù)，每排錨桿5根、錨索5根，錨桿(索)共16排、各40根，頂錨桿間距為23.75 mm、排距為22.5 mm。幫錨桿間排距22.5 mm，每排8根，共128根。

1.2.5加載方案

試驗(yàn)系統(tǒng)可水平和垂直雙向加載，可施加恒定荷載和增量荷載，電液伺服控制加載系統(tǒng)，如圖1(a)所示。按千米埋深相似條件，試驗(yàn)?zāi)Ｐ弯佋O(shè)完畢后，開始施加荷載并晾曬模型。加載條件為豎向荷載170 kN、左右側(cè)向荷載50 kN。

1.2.6監(jiān)測(cè)方案

分別在模型巷道頂板和兩幫設(shè)計(jì)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)和位移測(cè)點(diǎn)，試驗(yàn)共埋設(shè)了39個(gè)應(yīng)力傳感器，如圖1(b)所示。其中，巷道底板布設(shè)3個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，煤層布設(shè)3排9個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，在煤層上方5.0 cm和12.5 cm層位頂板各布設(shè)3排9個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。

2 巷道靜載破壞與應(yīng)力演化特征

2.1 巷道圍巖宏觀變形破壞特征

巷道圍巖應(yīng)力變形破壞特征如圖2所示。

圖2 掘進(jìn)工作面不同位置時(shí)的圍巖變形破壞特征Fig.2 Deformation and failure characteristics of surrounding rock in different positions of heading

巷道掘進(jìn)期間的圍巖宏觀變形破壞特征如下:

(1)開始掘進(jìn)30 mm時(shí)，巷道圍巖完整，無變形，當(dāng)開挖到60 mm和90 mm時(shí)，巷幫左腳煤層、右肩局部分別有輕微破壞，巷道圍巖基本完整。

(2)累計(jì)掘進(jìn)120 mm時(shí)，巷幫右腳局部有片幫，當(dāng)開挖到150 mm時(shí)，巷道底板發(fā)生較明顯底臌，頂?shù)滓平窟_(dá)到2 mm，巷幫無明顯變化，開挖到到180 mm時(shí)，掘進(jìn)工作面后5 mm處局部有片幫，片幫深度1.5 mm。

(3)累計(jì)掘進(jìn)210 mm時(shí)，巷道圍巖較穩(wěn)定，當(dāng)開挖到240 mm時(shí)，工作面后140 mm處有1根頂錨桿出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，巷道局部有頂板掉落，底板有輕微底臌，兩幫無較大變形，當(dāng)開挖到270 mm時(shí)，工作面頂板垮落面積200 mm2、底臌2.5 mm、兩幫移近2 mm，巷道開口左幫有微裂隙和錨桿松動(dòng)現(xiàn)象。

(4)累計(jì)掘進(jìn)300 mm時(shí)，工作面頂板局部有掉頂現(xiàn)象，到330 mm和360 mm時(shí)，巷道開口處左幫圍巖掉落、裂隙寬度增大、巷幫變形增大等現(xiàn)象。

(5)累計(jì)掘進(jìn)390 mm時(shí)，開口處左幫片幫加劇、走向片幫長(zhǎng)度達(dá)50 mm，頂煤和底板的明顯破壞變形向新掘巷道的工作面方向發(fā)展;當(dāng)開挖到420 mm時(shí)，巷道掘進(jìn)工作面后方18 mm處左側(cè)出現(xiàn)片幫，幫錨網(wǎng)鼓起明顯，頂板有掉落現(xiàn)象，上肩角破壞裂隙增多，開口處片幫范圍進(jìn)一步加劇，向新掘巷道的工作面方向又延伸10 mm，巷道變形明顯;再次開挖到450 mm時(shí)，巷道開口處左幫裂隙再次增大、右?guī)烷_始出現(xiàn)片幫、頂?shù)装逡平窟M(jìn)一步增大。

(6)累計(jì)掘進(jìn)480 mm時(shí)，剩余20 mm未開挖，掘進(jìn)工作面出現(xiàn)片幫，局部頂煤掉落高度達(dá)到8 mm，兩幫破壞深度5 mm，巷道上肩角出現(xiàn)裂隙，巷道斷面面積減少約10%;當(dāng)開挖500 mm貫通完成開挖時(shí)，巷道變形明顯，頂?shù)装逡平吭龃?，巷幫片幫?yán)重，巷道斷面面積減少約20%。

2.2 巷道圍巖位移與應(yīng)力變化規(guī)律

圖3 靜載時(shí)巷道圍巖應(yīng)力特征Fig.3 Characteristics of strata pressure under static load

巷道開挖破壞了圍巖平衡狀態(tài)，一定范圍的巷道圍巖應(yīng)力減小，如圖3所示。

(1)掘進(jìn)卸荷后，圍巖應(yīng)力處于緩增波動(dòng)狀態(tài)，無突變。頂板應(yīng)力降幅大于同位置的巷幫，變化幅度約0.05 MPa;底板應(yīng)力降幅大于同位置的巷幫，變化幅度約0.1 MPa。兩幫超前影響30～40 mm，頂板超前影響40～60 mm，底板超前影響40～50 mm。

(2)掘進(jìn)成巷后，圍巖繼續(xù)破壞，應(yīng)力進(jìn)入“快增—緩增”波動(dòng)階段，無突變，距巷道圍巖自由面較近的煤巖體應(yīng)力變化明顯，即淺部圍巖應(yīng)力變化幅度較大。一段時(shí)間后，圍巖應(yīng)力逐漸趨于穩(wěn)定。

綜上分析可知，深部煤巷掘進(jìn)期間，靜載下圍巖應(yīng)力經(jīng)歷了“突變、波動(dòng)、相對(duì)穩(wěn)定”3～4個(gè)主要時(shí)期，并伴隨淺部圍巖的變形破壞。

3 增量荷載時(shí)圍巖破壞與應(yīng)力演化

3.1 增量荷載作用下巷道圍巖破壞特征

在巷道開挖、支護(hù)工作完成一定時(shí)間后，開啟雙軸加載系統(tǒng)，以1 kN/s的加載速率對(duì)模型分別進(jìn)行軸向、側(cè)向加載，當(dāng)軸向壓力和側(cè)向壓力加載至185 kN時(shí)，巷道端口左幫煤層潰垮，深度30 mm;頂部出現(xiàn)較多微裂隙，幫部錨桿散落，錨網(wǎng)脫落，錨固能力基本喪失，如圖4所示。荷載再增加7 kN，加載至208 kN，巷道整體突然垮塌，表現(xiàn)為瞬時(shí)、突然的沖擊性破壞，試驗(yàn)照片如圖4(d)所示。在該階段增量荷載作用下，頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟縿×?，巷道由矩形變?yōu)闄E圓形，部分錨網(wǎng)破斷，頂板下沉近40 mm，由開口一側(cè)無法看到巷道另一側(cè)。

圖4 增量荷載作用下巷道破壞試驗(yàn)照片F(xiàn)ig.4 Photos of roadway strata failure under incremental load

3.2 增量荷載作用下巷道圍巖應(yīng)力變化

側(cè)向增量荷載作用下，圍巖破壞更加明顯，應(yīng)力變化表現(xiàn)為“先快增、后突變”特征，如圖5～7所示。

圖5 增量荷載作用下巷道頂板5 cm層位巖體應(yīng)力變化特征Fig.5 Characteristics of strata pressure in 5 cm layer of roof under incremental load

圖6 增量荷載作用下距開口12.5 cm處巷幫應(yīng)力變化特征Fig.6 Characteristics of strata pressure of roadway sides at 12.5 cm away from the opening

圖7 增量荷載作用下巷道底板巖體應(yīng)力變化特征Fig.7 Change trend diagram of the stress of the floor under incremental load

由圖5～7可知，巷道頂板、巷幫、底板煤巖體變形破壞過程可分為7個(gè)應(yīng)力變化時(shí)期:Ⅰ—圍巖正常破壞階段，應(yīng)力穩(wěn)定;Ⅱ—圍巖破壞發(fā)展階段，應(yīng)力波動(dòng)變化;Ⅲ—圍巖破壞調(diào)整階段，應(yīng)力較穩(wěn)定;Ⅳ—圍巖破壞微裂隙擴(kuò)展貫通階段，應(yīng)力降低并進(jìn)入穩(wěn)定階段;Ⅴ—圍巖沖擊破壞階段，應(yīng)力突變?cè)龃?Ⅵ—圍巖破壞失穩(wěn)階段，應(yīng)力突變減小;Ⅶ—圍巖沖擊失穩(wěn)后階段，應(yīng)力較穩(wěn)定。

由圖5距開口12.5 cm和27.5 cm的巷道頂板5 cm層位巖體應(yīng)力變化趨勢(shì)可看出，1-4和3-1位于距自由面較近的巷道中線上方頂板測(cè)點(diǎn)，其他測(cè)點(diǎn)為實(shí)體煤幫上方頂板測(cè)點(diǎn)，增量荷載作用下實(shí)體煤幫上方測(cè)點(diǎn)應(yīng)力增量較大，反映了其更易于形成應(yīng)力集中和彈性能積聚。實(shí)體煤幫上方各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化為0.37 MPa(4-15)，0.45 MPa(1-5)，0.22 MPa(3-14)，0.30 MPa(3-2);隨著荷載增大，在21:56:10時(shí)各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力隨之快速增加，當(dāng)加壓至?xí)r刻21:57:36時(shí)，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力突然減小，圍巖發(fā)生沖擊破壞，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化趨勢(shì)相同，應(yīng)力變化為靜載時(shí)的4～9倍。

由圖6距開口12.5 cm處巷幫煤體應(yīng)力變化趨勢(shì)可知，距巷幫自由面越遠(yuǎn)，增量荷載作用下實(shí)體煤幫的應(yīng)力增量越大，反映了深部煤體更易于形成應(yīng)力集中和彈性能積聚。載荷增大前期，巷幫應(yīng)力變化為-0.10～0.10 MPa，約為恒定荷載時(shí)的2倍;加載至21:56:10時(shí)，巷幫應(yīng)力急劇增大，變化為0.53 MPa(4-7)，0.5 MPa(1-10)，0.22 MPa(4-10)，0.53 MPa(1-1)，0.5 MPa(1-8)，0.76 MPa(3-13)，為靜載時(shí)的4～8倍;加載至21:57:36時(shí)，巷道圍巖發(fā)生沖擊破壞，兩幫測(cè)點(diǎn)垂直應(yīng)力急劇減小，變化為0.46 MPa(4-7)，0.2 MPa(1-10)，0.34 MPa(4-10)，0.33 MPa(1-1)，0.4 MPa(1-8)，0.4 MPa(3-3)，應(yīng)力變化為靜載時(shí)的3～5倍。

由圖7煤層下方50 mm層位(即工程實(shí)際中的2 m)底板巖體應(yīng)力變化趨勢(shì)可看出，底板應(yīng)力增量與成巷時(shí)間長(zhǎng)短無關(guān)，在加載初期，應(yīng)力增量出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象。隨加載的繼續(xù)，圍巖應(yīng)力增量先處于平穩(wěn)狀態(tài)、后進(jìn)入穩(wěn)增狀態(tài)，如圖7所示，結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程中的錄像可看出，當(dāng)應(yīng)力增量突變(21:57:36)發(fā)生時(shí)，4-4測(cè)點(diǎn)應(yīng)力增量由+0.05 MPa突減為-0.05 MPa，4-11測(cè)點(diǎn)應(yīng)力增量由-0.15 MPa突減到-0.27 MPa，4-12測(cè)點(diǎn)應(yīng)力增量由-0.20 MPa突減到-0.25 MPa，巷道圍巖發(fā)生沖擊破壞。最后，圍巖應(yīng)力增量保持在穩(wěn)定值(4-4為-0.05 MPa，4-11為-0.25 MPa，4-12為-0.25 MPa)，應(yīng)力變化為靜載荷時(shí)的1～2倍。

3.3 增量荷載作用下煤巷圍巖沖擊破壞規(guī)律

進(jìn)一步分析圖5～7可知，增量荷載作用下，巷道圍巖應(yīng)力經(jīng)歷了從初始增加到波動(dòng)增加、再到突變及平衡等共7個(gè)階段，階段Ⅵ則直觀反映了圍巖瞬時(shí)失穩(wěn)破壞的應(yīng)力突變規(guī)律。

進(jìn)一步分析加載持續(xù)時(shí)間與應(yīng)力突變時(shí)間的關(guān)系，由圖5～7可看出，階段Ⅵ應(yīng)力突變點(diǎn)的時(shí)間間隔約為86 s，占增量荷載作用時(shí)間的1/3，即從增量荷載作用開始到圍巖破壞，揭示了圍巖破壞從孕育到發(fā)生的過程，本次試驗(yàn)得到的破壞時(shí)間發(fā)生在階段Ⅵ，據(jù)應(yīng)力突變點(diǎn)的時(shí)間間隔，沖擊破壞時(shí)間約4.3 s。應(yīng)力波動(dòng)變化為圍巖的瞬時(shí)破壞積累了條件。

在靜載和增量荷載作用下，深部煤巷的圍巖破壞規(guī)律為:① 巷道沖擊破壞前，受恒定荷載作用，巖體應(yīng)力變化較小，巖體主破裂面尚未形成。② 沖擊破壞發(fā)生期間，受增量荷載作用，短時(shí)間內(nèi)巖體主破裂面形成，巖體應(yīng)力超過支護(hù)阻力，造成巷道圍巖突然破壞。③ 沖擊破壞發(fā)生后，巖體應(yīng)力恢復(fù)至靜載狀態(tài)。

3.4 探 討

分析我國(guó)近年來的沖擊地壓事故，圍巖處于多種荷載疊加的高應(yīng)力條件下，多種沖擊致災(zāi)因素并存。根據(jù)本文研究，不考慮相似材料屬性與模型養(yǎng)護(hù)等差異性影響，增量荷載作用下，圍巖應(yīng)力突變存在一個(gè)孕育過程，最終導(dǎo)致巷道大位移沖擊破壞?；诖?，可從兩個(gè)方面開展沖擊地壓防沖對(duì)策的研究與應(yīng)用，分別為:

(1)煤巖體應(yīng)力優(yōu)化技術(shù)對(duì)策?；趹?yīng)力優(yōu)化的減沖卸壓原理，通過對(duì)圍巖的卸壓，相當(dāng)于降低了圍巖應(yīng)力和增量荷載發(fā)生突變的條件，實(shí)現(xiàn)“高彈性能分次釋放、高應(yīng)力深部轉(zhuǎn)移”，在一定情況下降低了圍巖沖擊危險(xiǎn)性。

(2)煤巖體變形防控技術(shù)對(duì)策?；谧冃卧隽亢妥冃嗡俣瓤刂频姆罌_原理，通過對(duì)圍巖的加強(qiáng)支護(hù)，提高圍巖完整性，相當(dāng)于增大了圍巖應(yīng)力突變條件，一定情況下減緩了沖擊危險(xiǎn)的發(fā)生。

4 工程實(shí)踐

軌道巷掘進(jìn)期間錨桿(索)受力如圖8所示，由圖8可知，該煤巷幫錨索受力先減小再增大，說明巷幫煤體變形破壞持續(xù)向深部發(fā)展，對(duì)應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果的第Ⅰ和第Ⅱ階段，表現(xiàn)為“快增—緩增”波動(dòng)，但突變不明顯。隨著掘進(jìn)的推進(jìn)，監(jiān)測(cè)區(qū)的巷道頂板錨索受力與巷幫錨索受力增大到一定數(shù)值后趨于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，這種相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的錨索受力大小并非保持不變，而是波動(dòng)狀態(tài)，且2者受力波動(dòng)規(guī)律幾乎一致。對(duì)應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果的第Ⅲ和第Ⅳ階段，即巷道圍巖應(yīng)力波動(dòng)穩(wěn)定階段。實(shí)際巷道兩幫實(shí)施卸壓措施后，兩幫支護(hù)受力基本穩(wěn)定。

圖8 不同位置掘進(jìn)巷道錨索受力實(shí)測(cè)結(jié)果Fig.8 Field measured results of support pressure of tunneling roadway in different locations in deep mine

圖9 軌道巷圍巖破壞能量釋放特征Fig.9 Energy character of strata fracture of track roadway

3下113工作面推進(jìn)至距最窄煤柱區(qū)(煤柱寬度60 m)40 m水平距時(shí)，圍巖能量釋放微震監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖9所示。由圖9可推斷，3下113工作面推進(jìn)至距最窄煤柱區(qū)時(shí)，煤柱寬度變窄，對(duì)應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果的第Ⅳ裂隙擴(kuò)展貫通、第Ⅴ沖擊破壞階段，巷道圍巖應(yīng)力進(jìn)入“快增—突變”階段，說明采動(dòng)覆巖能量釋放明顯，受煤柱集中應(yīng)力和采動(dòng)覆巖增量荷載作用的影響，圍巖應(yīng)力波動(dòng)增加，致使圍巖結(jié)構(gòu)破壞明顯?；夭善陂g采取兩幫預(yù)卸壓、增打幫錨索(長(zhǎng)4.0 m、直徑同頂板錨索)和縮小工作面推采速度(1.6～2.4 m/d)等防沖策略，確保了巷道防沖安全。需要說明的是，為分析巷道沖擊破壞的應(yīng)力動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，相似試驗(yàn)中巷道圍巖未實(shí)施人工卸壓。

5 結(jié) 論

(1)深部巷道形成過程中，靜載作用下圍巖由連續(xù)破壞漸變?yōu)橄鄬?duì)穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖應(yīng)力先快增、后緩增，局部圍巖為有限變形;由靜載變?yōu)樵隽亢奢d作用的過程中，深部巷道圍巖應(yīng)力經(jīng)歷了“突變、快增、緩增、波動(dòng)、平衡、快增、突變”7個(gè)主要階段。

(2)深部巷道圍巖變形破壞過程中，增量荷載作用下圍巖應(yīng)力先快增、后突變，揭示了深部煤巷發(fā)生沖擊破壞的應(yīng)力機(jī)制?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，試驗(yàn)結(jié)果基本符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，說明相似材料模擬試驗(yàn)方法用于沖擊地壓防治研究的可靠性。

(3)對(duì)增量荷載作用下深部煤巷沖擊破壞規(guī)律進(jìn)行了初步探討，沖擊地壓影響因素及發(fā)生機(jī)理復(fù)雜，后續(xù)還需開展卸壓條件下深部煤巷沖擊破壞機(jī)制的相似模擬試驗(yàn)研究。