煤炭科学技术

作者：李伟涛, 郭志飚, 何满潮, 汤建泉, 杨然景, 贾东修, 王吉凯, 张科学, 王晓玲, 闫星辰, 刘晨阳,

关键词：软岩巷道, 失稳机理, 补偿支护, 力学分析, 模型试验,

深部开挖岩体应力重分布是多元应力的复合力学问题。首先，基于弹性理论叠加原理，建立了深部高应力软岩巷道开挖瞬间的围岩力学模型，研究了切向应力σ1和径向应力σ3的变化规律。其次，构建了深部高应力软岩巷道的支护力学模型，揭示了围岩的支护效应。通过物理模型试验，探究了常规支护和补偿支护下围岩σ1和σ3的响应特征及相应的失稳机理。最后，通过数值模拟和现场工程应用验证了补偿支护技术的适用性。结果表明：深部高应力软岩巷道应力重分布呈现径向卸压和切向增压的趋势，开挖瞬间巷道边缘σ1变为原来的2倍，而σ3降为0。对开挖岩体进行支护后，巷道边缘σ3为围岩的支护力，σ1随支护力的增加而降低。与常规支护相比，补偿支护围岩变形量降低73.7%，破裂碎胀面积降低88.3%，裂隙长度降低11.0%。浅部围岩σ3提高68.3%，σ1峰值下降18.2%。常规支护补偿效应弱，围岩σ3大幅衰减且σ1集中程度高，促使裂隙持续张开并纵深延长，易造成围岩碎胀扩容变形。补偿支护通过NPR(Negative Poisson’s Ratio)锚索充分发挥围岩三轴强度并调动深部岩体自承力，围岩σ3补偿程度高且σ1显著降低，从而抑制裂隙的传播和穿透，进而实现围岩自稳。软岩巷道采用补偿支护技术后，NPR锚索实现恒阻，围岩变形和支护破坏程度显著降低，表明该技术对深部高应力软岩工程具有良好的控制效果。

来源：2025年第10期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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