煤田地质与勘探

作者：姜明伟, 梁运涛, 冯文彬, 李海涛, 周睿, 郭宝龙, 刘洋, 马举,

关键词：真三轴试验, 冲击地压, SEM扫描, 微裂隙, 吸能锚杆, 弱动力扰动,

目的高应力叠加弱动力扰动是诱发冲击地压的关键因素，但不同扰动幅值、频率、卸载范围下的岩石微裂纹扩展特征和能量耗散规律尚不明确，无法为冲击地压防治提供技术支撑。方法基于真三轴卸载动力扰动试验，分析了不同扰动幅值(5、10 MPa)、频率(4、10 Hz)、三向应力卸载(0、12 MPa)下深部围岩失稳破坏规律，并结合SEM扫描分析了岩石微裂隙特征。通过锚杆拉拔试验，优化了锚杆肋间距和肋高，提高了其吸能支护作用，提出了“吸能锚杆−低阻抗混凝土注浆−喷浆−挂网”组合支护技术。利用传感器对巷道进行长期监测，得到治理前后压力与振动数据。结果和结论研究表明：(1)随着扰动幅值和频率的增加，裂纹增加显著且不规则，岩石断口的方向分形维数降低。当扰动为10 MPa、10 Hz时，分形维数降至最低值0.62，孔隙方向角80°~120°孔隙定向频率达到最大值的52%，约为原始岩石的1.68倍。说明岩石受扰动后颗粒的应力不均匀，导致应力集中，断裂方向明显。(2)随着扰动幅值和频率的增加，SEM图像的微孔隙面积先快速增加，后缓慢增加且增加趋势越来越小。扰动频率每增加2 Hz，岩石微裂隙面积增加约24.13%。(3)现场测试表明随着锚杆肋间距和肋高增加，拉拔曲线形态由“弹塑性阶段−破坏失效阶段−残余阶段”逐渐过渡为“弹塑性阶段−微量屈服阶段−大量强化阶段−破坏失效阶段−残余阶段”，肋间距48 mm、肋高2 mm的螺纹钢锚杆吸能效果最好。经现场监测可将巷道压力稳定在36 N左右，峰值加速度控制在8 000 mm/s2以内。研究揭示了卸载动力扰动作用下围岩破坏及能量释放规律，提出的“吸能锚杆−低阻抗混凝土注浆−喷浆−挂网”支护技术，可为类似深部工程提供理论指导。

来源：2024年第10期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

查看煤田地质与勘探杂志2024年第10期