全机械化工作面中退路巷道围岩的偏应力演化及时间步长控制技术

《Scientific Reports》：Deviatoric stress evolution and time step control technology of retreat roadway surrounding rock in fully mechanized working face

　　

摘要

采场回撤巷道（ERR）周围岩石中偏差应力张量（DST）场的分布特征非常复杂，对ERR周围岩石的稳定性有着显著影响。以五通煤矿的全机械化工作面及其回撤巷道作为工程背景，首先建立了采场煤柱（ECP）中DST的数值模型，以分析其演化规律。基于响应面方法（RSM）模型，研究了各影响因素的重要性。随后推导出了ECP上方的三维应力表达式，并确定了ECP内任意位置DST的不变量和畸变能（DE）。接着，得出了切割高度和切割角度的表达式，并提出了一种新的时间步长控制技术（TSCT）来控制ERR周围岩石的变形。该技术通过两个阶段的被动加固和主动顶板切割，根据DST的实时演化特性动态匹配支护策略和顶板切割参数，从而实现协同控制。与传统静态设计或单时间步长方法相比，该技术通过逐步和及时应用支护措施及切割作业，将周围岩石的变形率降低了约84%。最终，根据现场测量数据证明，该技术能够有效减缓ERR周围岩石的变形。