榮華項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告

word文檔精品文檔分享編號：雞西礦業(yè)集團(tuán)榮華立井工程結(jié)題報(bào)告工程名稱：深部高應(yīng)力軟巖巷道復(fù)合支護(hù)技術(shù)研究工程編號：工程承當(dāng)單位：XX科技學(xué)院填報(bào)日期：2007年9月21日XX省科技廳印制word文檔精品文檔分享二〇〇七年九月word文檔精品文檔分享目錄1課題研究的目的與意義12課題研究的主要目標(biāo)13課題研究方式和主要階段14課題研究取得主要成果34.1理論研究34.1.1軟巖巷道支護(hù)理論34.1.1.1軟巖巷道變形破壞的特點(diǎn)34.1.1.2軟巖巷道支護(hù)的主要問題34.1.1.3軟巖巷道支護(hù)理論44.1.2軟巖巷道支護(hù)對策74.1.2.1軟巖巷道支護(hù)對策74.1.2.2錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)承載機(jī)理分析74.1.2.3軟巖巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方法134.2現(xiàn)場及實(shí)驗(yàn)研究144.2.1巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析144.2.1.1巖石單向抗拉實(shí)驗(yàn)144.2.1.2巖石單軸抗壓實(shí)驗(yàn)154.2.1.3試驗(yàn)結(jié)論194.2.2變形監(jiān)測分析194.2.2.1監(jiān)測區(qū)域簡介194.2.2.2變形規(guī)律及存在問題204.2.3軟巖性質(zhì)分析23word文檔精品文檔分享1word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告4.2.3.1X射線衍射分析244.2.3.2SEM掃描電鏡分析294.2.4數(shù)值模擬分析374.2.4.1模型建立374.2.4.2設(shè)計(jì)方案404.2.4.3模擬結(jié)果424.3方案設(shè)計(jì)544.3.1支護(hù)參數(shù)選擇544.3.2支護(hù)工藝584.3.3材料消耗584.3.4施工要求595結(jié)論60word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告課題研究的目的與意義由于我國煤炭賦存條件復(fù)雜，絕大多數(shù)礦井采用井工開采。巷道作為煤礦井下生產(chǎn)的脈絡(luò)，每年巷道掘進(jìn)和維護(hù)達(dá)千萬米，保持其暢通和完好狀態(tài)對改善井下的勞動條件和作業(yè)環(huán)境，以及防止巷道頂板事故，保證礦井正常生產(chǎn)和平安生產(chǎn)具有重要意義。錨桿支護(hù)作為一種新的巷道支護(hù)方式，由于具有支護(hù)效果好、支護(hù)本錢低等特點(diǎn)，而受到世界主要產(chǎn)煤國家的普遍重視，代表了煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的主要開展方向。一些主要產(chǎn)煤國家，如美國、澳大利亞及英國等，錨桿支護(hù)已成為主要的支護(hù)方式。美國一直采用錨桿支護(hù)巷道，錨桿消耗量很大。錨桿種類也比較多，有漲殼式錨桿，樹脂錨桿，復(fù)合錨桿。組合件有鋼帶和桁架。具體應(yīng)用時(shí)，根據(jù)巖層條件選擇不同的支護(hù)方式和參數(shù)。澳大利亞錨桿支護(hù)技術(shù)已經(jīng)形成比較完整的體系，處于國際領(lǐng)先水平。澳大利亞的煤礦巷道幾乎全部采用W鋼帶樹脂全長錨固組合錨桿支護(hù)技術(shù)，盡管其巷道斷面比較大，但支護(hù)效果非常好。對于復(fù)合頂板、破碎頂板，以及巷道穿插點(diǎn)、大斷面硐室等難維護(hù)的條件，還采用錨索注漿進(jìn)展補(bǔ)強(qiáng)加固，控制了圍巖的強(qiáng)烈變形。英國煤礦通過采用這項(xiàng)技術(shù)取得了顯著效益。國內(nèi)外在認(rèn)識到錨桿支護(hù)許多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了它的一個(gè)固有的缺點(diǎn)，即錨桿支護(hù)巷道，頂板破壞失穩(wěn)一般沒有明顯的預(yù)兆，一旦發(fā)生冒頂往往是突發(fā)性的，且多數(shù)情況下規(guī)模比較大，因而危害嚴(yán)重。這一問題的存在使得對錨桿系統(tǒng)及其與之配套的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、可靠性的要求比傳統(tǒng)的支護(hù)方式高得多。因此，國外在開展巷道錨桿支護(hù)時(shí)，非常注重錨桿系統(tǒng)及其支護(hù)設(shè)計(jì)方法的研究，而我國在一個(gè)時(shí)期內(nèi)在這一方面的研究不夠充分，造成了錨桿支護(hù)技術(shù)的開展水平落后于國外先進(jìn)水平，從而影響了錨桿支護(hù)(特別是煤巷)的開展和應(yīng)用。目前對于能夠?qū)崿F(xiàn)一次性快速安裝的左旋式螺紋鋼錨桿系統(tǒng)的研究尚未見有關(guān)的文獻(xiàn)和資料。因此，在現(xiàn)有技術(shù)根底上進(jìn)展研究、總結(jié)提高和完善，盡快研制與開發(fā)出新型錨桿系統(tǒng)，這對于提高巷道支護(hù)效果、降低支護(hù)本錢、推動錨桿支護(hù)技術(shù)的開展，實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效具有重大的意義，從而將會為我國煤礦帶來巨大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。課題研究的主要目標(biāo)通過榮華立井-650米井底車場7#層石門穿層巷道、半煤巖段、全煤段典型巷道、典型硐室、榮華斜井10#C煤層巷道的支護(hù)工程設(shè)計(jì)與施工，借鑒國內(nèi)外同類工程施工經(jīng)歷，依據(jù)軟巖大變形非線性理論和設(shè)計(jì)方法，結(jié)合雞西榮華立井和榮華斜井采準(zhǔn)巷道實(shí)際工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場施工條件，研究探索出一套科學(xué)、合理、可靠、有效的適合雞西礦業(yè)集團(tuán)榮華礦區(qū)相應(yīng)地質(zhì)和施工條件的軟巖巷道及硐室的支護(hù)體系并推廣使用。完成雞西礦業(yè)集團(tuán)公司榮華立井-650米井底車場7#層石門穿層巷道、半煤巖段、全煤段典型巷道、主要硐室、榮華斜井10#C煤層巷道圍巖的變形力學(xué)機(jī)制、支護(hù)設(shè)計(jì)與施工，各類巷道圍巖變形破壞規(guī)律與控制等工作。word文檔精品文檔分享1word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告課題研究方式和主要階段結(jié)合榮華礦區(qū)的地層條件和巷道支護(hù)技術(shù)條件，采用非線性大變形力學(xué)理論和軟巖非線性支護(hù)設(shè)計(jì)方法并借鑒國內(nèi)外同類工程施工經(jīng)歷，確定雞西礦業(yè)集團(tuán)榮華立井-650米井底車場7#層石門穿層巷道、半煤巖段、全煤段典型巷道、典型硐室和榮華斜井10#C煤層巷道的合理支護(hù)方式。承當(dāng)如下工作：甲方：#1、研究開發(fā)內(nèi)容：按照乙方提出的榮華立井 -650米井底車場7層石門穿層巷道、半煤巖段、全煤段典型巷道、典型硐室和榮華斜井10#C煤層巷道的要求，采用非線性大變形力學(xué)理論和軟巖非線性支護(hù)設(shè)計(jì)方法并借鑒國內(nèi)外同類工程施工經(jīng)歷，進(jìn)展各類軟巖巷道支護(hù)設(shè)計(jì)并協(xié)助乙方進(jìn)展施工及現(xiàn)場測試工作。2、研究開發(fā)期限：2005年10月8日至2007年12月31日3、研究開發(fā)地點(diǎn)：雞西礦業(yè)集團(tuán)公司榮華礦區(qū)乙方：1、研究開發(fā)內(nèi)容：通過榮華立井巖石段、半煤巖段、全煤段典型巷道、典型硐室和榮華斜井 10#C煤層巷道的支護(hù)工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)現(xiàn)場施工，并負(fù)責(zé)甲方工程技術(shù)人員現(xiàn)場位移、壓力等監(jiān)測的培訓(xùn)，分成四個(gè)階段進(jìn)展。第一階段：榮華立井-650米井底車場7#層石門穿層巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)與施工、榮華斜井10#C煤層巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)與施工；第二階段：井底車場典型硐室及采區(qū)硐室的支護(hù)設(shè)計(jì)與施工；第三階段：下一步將要揭露的半煤巖段巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)與施工；第四階段：采區(qū)全煤段巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)與施工。具體研究內(nèi)容如下：1〕榮華立井工程地質(zhì)條件及巖層構(gòu)造分析，確定合理的巷道設(shè)計(jì)斷面形式；2〕榮華立井巖體物理力學(xué)參數(shù)實(shí)驗(yàn)研究，包括物理參數(shù)、單軸及三軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究；3〕代表性煤巖層水理性質(zhì)研究，包括巖石遇水的崩解實(shí)驗(yàn)、吸水軟化特性等研究；4〕代表性煤巖層的遇水膨脹性特性試驗(yàn)研究；5〕代表性煤巖層X－射線衍射分析，包括煤巖石的微觀礦物成份分析、各種礦物含量分析、膨脹巖石的微觀膨脹機(jī)制研究等；6〕代表性煤巖層微觀掃描電鏡分析，研究煤巖層的微觀組構(gòu)特征；7〕榮華立井-650米井底車場7#層石門穿層巷道、井底車場典型硐室及采區(qū)硐室、半煤巖段巷道、榮華斜井10#C煤層巷道圍巖變形的力學(xué)機(jī)制研究；8〕巖石段穿層巷道、井底車場硐室及采區(qū)硐室、半煤巖段巷道、榮華斜井word文檔精品文檔分享1word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告10#C煤層巷道圍巖非線性大變形力學(xué)有限元分析和支護(hù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)；9〕榮華立井-650米井底車場7#層石門穿層巷道、榮華斜井10#C煤層巷道、井底車場典型硐室及采區(qū)硐室、半煤巖段巷道支護(hù)現(xiàn)場試驗(yàn)、巷道位移參數(shù)適時(shí)監(jiān)測及巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化；10〕雞西礦業(yè)集團(tuán)榮華礦區(qū)相應(yīng)地質(zhì)和施工條件的軟巖巷道及硐室的支護(hù)體系的總結(jié)與鑒定。2、研究開發(fā)期限：2005年10月8日至2007年12月31日其中：第一階段榮華立井-650米井底車場7#層石門巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)、施工與觀測，時(shí)間為2005年10月至2006年2月；第二階段半煤巖段巷道的支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)與施工，時(shí)間為2006年5月至2006年8月；第三階段，硐室的支護(hù)設(shè)計(jì)與施工，時(shí)間為2006年9月至2006年12月；第四階段，采區(qū)全煤段巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)與施工，時(shí)間為2007年8月至2007年12月。word文檔精品文檔分享2word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告課題研究取得主要成果4.1理論研究4.1.1軟巖巷道支護(hù)理論4.1.1.1軟巖巷道變形破壞的特點(diǎn)軟巖巷道的變形破壞特征不僅受圍巖的力學(xué)性質(zhì)影響，而且受軟巖巷道所處的地應(yīng)力環(huán)境和工程因素等影響。一般情況下，軟巖巷道破壞具有如下特征：(1)變形破壞方式多變形破壞方式一般有拱頂下沉、坍塌，片幫和底臌，軟巖巷道表現(xiàn)出強(qiáng)烈的整體收斂和破壞，變形破壞形式既有構(gòu)造面控制型，又有應(yīng)力控制型，以應(yīng)力控制型為主。(2)變形量大拱頂下沉大于100mm，有的高達(dá)500～1000mm，兩幫擠入200～800mm，底臌強(qiáng)烈。(3)變形速度高軟巖巷道初期收斂速度到達(dá)30mm/d，即使施工常規(guī)的錨噴支護(hù)以后，軟巖巷道的收斂速度仍可到達(dá)20mm/d，而且其變形收斂速度降低緩慢。(4)持續(xù)時(shí)間長由于軟巖具有強(qiáng)烈的流變性和低強(qiáng)度，軟巖巷道掘進(jìn)后，圍巖的應(yīng)力重分布持續(xù)時(shí)間長，軟巖巷道變形破壞持續(xù)時(shí)間很長，往往長達(dá)1～2年。(5)圍巖破壞X圍大由于軟巖巷道中圍巖的強(qiáng)度與地應(yīng)力的比值很小，因此，軟巖巷道圍巖的破壞X圍大，特別是當(dāng)支護(hù)不及時(shí)或不當(dāng)時(shí)，圍巖破壞區(qū)的X圍可達(dá)2.5倍洞徑，甚至更大。(6)各位置破壞不同在軟巖巷道周邊不同部位，變形破壞程度不同，這反映了軟巖巷道所處的地應(yīng)力強(qiáng)度因方向而異，以及軟巖具有強(qiáng)烈的各向異性。變形破壞在方向上的差異性往往導(dǎo)致支護(hù)構(gòu)造受力不均，支護(hù)構(gòu)造中產(chǎn)生巨大的彎矩，這對支護(hù)構(gòu)造穩(wěn)定是非常不利的。(7)來壓快軟巖巷道變形收斂速度高，在很短時(shí)間內(nèi)，圍巖即與支護(hù)構(gòu)造接觸，產(chǎn)生壓力。圍巖與支護(hù)構(gòu)造相互作用后，圍巖的變形破壞并不立即停頓，而是繼續(xù)下去，這是因?yàn)檐泿r具有流變性，在圍巖流變過程中，圍巖的強(qiáng)度降低，因此，地壓隨時(shí)間而逐步增長。4.1.1.2軟巖巷道支護(hù)的主要問題高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)問題，一直是礦業(yè)工程中的難點(diǎn)。以往對高應(yīng)力軟巖巷word文檔精品文檔分享3word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告道的控制問題，在理論認(rèn)識和支護(hù)方法上存在一定問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)圍巖變形破壞機(jī)理。支護(hù)是一個(gè)過程，要使這一過程與圍巖變形過程相協(xié)調(diào)，必須充分而深入地研究圍巖的變形機(jī)理，只有在此根底上，才能選擇適當(dāng)?shù)能泿r的支護(hù)時(shí)機(jī)、支護(hù)形式以及確定適宜的支護(hù)參數(shù)。(2)支護(hù)對策。高應(yīng)力軟巖巷道與一般軟巖巷道變形破壞特征不同，應(yīng)采取適應(yīng)于高應(yīng)力軟巖的支護(hù)對策。(3)支護(hù)參數(shù)。支護(hù)參數(shù)選擇是影響巷道穩(wěn)定性的一個(gè)非常重要的因素。以往對支護(hù)參數(shù)的選取根本上采用工程類比法。當(dāng)工程地質(zhì)條件簡單，此法根本滿足要求。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜，是不能滿足要求的，再加上目前很少有高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)成功事例，無法進(jìn)展工程類比。4.1.1.3軟巖巷道支護(hù)理論4.1.1.3.1軟巖巷道的支護(hù)原理軟巖巷道支護(hù)與硬巖巷道支護(hù)原理截然不同，這是由于它們的本構(gòu)關(guān)系不同所決定的。硬巖巷道支護(hù)原理不允許硬巖進(jìn)入塑性，因進(jìn)入塑性狀態(tài)的硬巖將失去承載能力。而軟巖巷道的獨(dú)特之處是，其巨大的塑性能量必須以某種形式釋放出來。假設(shè)巷道開挖后使圍巖向臨空區(qū)運(yùn)動各種力〔包括重力、水作用力、膨脹力、構(gòu)造應(yīng)力和工程偏應(yīng)力等〕的合力(如圖4-1所示〕：rrrrPT PD PRPSr式中：P－巷道開挖后使圍巖向臨空區(qū)運(yùn)動的合力TrPD―以變形的形式轉(zhuǎn)化的工程力rPR―圍巖的自承力rPS―工程支護(hù)力r可以看出，巷道開挖后引起的圍巖向臨空區(qū)運(yùn)動的合力PT并不是由工程支護(hù)r力PS全部承當(dāng)，而是由三局部承當(dāng)。圖4-1rPT合力示意圖rrP首先由軟巖的彈塑性能以變形的方式釋放一局部，即PT的一局部轉(zhuǎn)化為rrrr巖體形變。其次，PT的另一局部由巖體自身承當(dāng)。如果巖體強(qiáng)度很高，PRPTPD，rrrr那么巷道可以自穩(wěn)。對于軟巖，PR較小，一般PRPTPD，故巷道要穩(wěn)定，必須進(jìn)word文檔精品文檔分享4word文檔精品文檔分享r榮華工程結(jié)題報(bào)告rrrr行工程支護(hù)，即加上PS。為求工程穩(wěn)定，通常〔PSPR〕值要大于〔PTPD〕的值。一個(gè)優(yōu)化的巷道設(shè)計(jì)和支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)該同時(shí)滿足三個(gè)條件：PDMax；PRMax；PSMin。但是，要使PDMax，PR就不能到達(dá)最大；要使PRMax，PD就不能到達(dá)最大。要同時(shí)使兩者都趨于最大，關(guān)鍵是選取變形能釋放的時(shí)間和支護(hù)時(shí)間。4.1.1.3.2最正確支護(hù)時(shí)間和最正確支護(hù)時(shí)段軟巖巷道開挖后，巷道圍巖變形會明顯增大。按變形速度劃分，可劃分3個(gè)階段：減速變形階段、近似線性的恒速變形階段和加速變形階段。進(jìn)入加速變形階段時(shí)，巖體本身構(gòu)造改組，產(chǎn)生新裂紋，強(qiáng)度大大降低。顯然加速變形階段可rr以使PD→Max，但卻大大降低了PR，這不滿足優(yōu)化原那么。解決此問題的關(guān)鍵是最佳支護(hù)時(shí)間概念的建立和最正確支護(hù)時(shí)段確實(shí)定。最正確支護(hù)時(shí)間系指可以使rPDPR〕同時(shí)到達(dá)最大的支護(hù)時(shí)間，其意義如圖4-2所示。由圖可知，最正確支護(hù)時(shí)間就是〔PD+PR〕-t曲線峰值點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)間TS。實(shí)踐證明，該點(diǎn)與PD-t曲線和PR-t曲線的交點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)間根本一樣。此時(shí)支護(hù)使PD在優(yōu)化意義上充分的到達(dá)最大，同時(shí)又保護(hù)了圍巖的強(qiáng)度，使其強(qiáng)度損失在優(yōu)化意義上到達(dá)充分的小，亦即其本身自承力PR到達(dá)充分大。最正確支護(hù)時(shí)間點(diǎn)確實(shí)定，在工程實(shí)踐中很難掌握，所以提出了最正確支護(hù)時(shí)段的概念，最正確時(shí)段的意義如圖4-3所示,圖中所示的時(shí)段[TS1,TS2]即為最正確支護(hù)時(shí)段。只要在圖中所示的TS時(shí)間附近時(shí)段[TS1,TS2]進(jìn)展永久支護(hù)，根本上可以使PD、PR同時(shí)到達(dá)優(yōu)化意義上的最大。此時(shí)也根本上滿足：〔PD+PR〕→Max，PS→Min。最正確支護(hù)時(shí)間的物理意義：巷道開挖以后，巷道圍巖應(yīng)力將重新分布，切向應(yīng)力在巷壁附近發(fā)生高度集中，導(dǎo)致該區(qū)域的巖層屈服進(jìn)入塑性工作狀態(tài)，從而形成塑性區(qū)。塑性區(qū)的出現(xiàn)，致使應(yīng)力集中區(qū)從巖壁向縱深開展，當(dāng)應(yīng)力集中的強(qiáng)度超過圍巖屈服強(qiáng)度時(shí)，就出現(xiàn)新的塑性區(qū)，如此逐步向縱深開展。如果不采取適時(shí)有效的支護(hù)，臨空塑性區(qū)將隨變形的增大而出現(xiàn)松動破壞，即形成松動破壞區(qū)。塑性區(qū)與松動破壞區(qū)不同，塑性區(qū)具有一定的承載能力，而松動破壞區(qū)已經(jīng)完全失去承載能力。塑性區(qū)分為穩(wěn)定塑性區(qū)和非穩(wěn)定塑性區(qū)。出現(xiàn)松動破壞之前的最大塑性區(qū)X圍，稱為穩(wěn)定塑性區(qū)。出現(xiàn)松動破壞區(qū)之后的塑性區(qū)為非穩(wěn)定塑性區(qū)。對應(yīng)于穩(wěn)定塑性區(qū)和非穩(wěn)定塑性區(qū)的宏觀圍巖的徑向變形分別為穩(wěn)定變形和非穩(wěn)定變形。圖4-2最正確支護(hù)時(shí)間TS的含義圖4-3最正確支護(hù)時(shí)段的含義word文檔精品文檔分享5word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告塑性區(qū)的出現(xiàn)，對支護(hù)體來講具有兩個(gè)力學(xué)效應(yīng)：一是圍巖中切向和徑向應(yīng)力降低，減小了作用在支護(hù)體上的荷載。二是應(yīng)力集中區(qū)向圍巖深部轉(zhuǎn)移，減小了應(yīng)力集中的破壞作用。對于高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)來講，應(yīng)允許其出現(xiàn)穩(wěn)定塑性區(qū)，嚴(yán)格限制非塑性區(qū)的擴(kuò)展，也就是要求選擇最正確的支護(hù)時(shí)間，以便最大限度的發(fā)揮塑性區(qū)承載能力而不至于出現(xiàn)松動破壞。所以，最正確支護(hù)時(shí)間的力學(xué)含義使最大限度的發(fā)揮塑性區(qū)的承載能力而不出現(xiàn)松動破壞時(shí)所對應(yīng)的時(shí)間。4.1.1.3.3軟巖巷道工程支護(hù)原那么目前軟巖巷道支護(hù)原那么，諸如“先讓后抗、先柔后剛、適當(dāng)釋放圍巖周邊位移、采用封閉型支護(hù)、提高圍巖自承能力〞等都是根據(jù)工程實(shí)踐和經(jīng)歷總結(jié)出來的。系統(tǒng)的闡述軟巖巷道支護(hù)原那么可以概括為四條：(1)對癥原那么軟巖的多樣性，決定支護(hù)對策的多樣性。只有正確確實(shí)定軟巖的變形力學(xué)機(jī)制，找出造成軟巖工程變形破壞的 “原因〞，才能通過“對癥下藥〞支護(hù)措施，到達(dá)軟巖工程與支護(hù)的穩(wěn)定。(2)過程原那么軟巖巷道支護(hù)是一個(gè)過程，不能一蹴而就。因?yàn)檐泿r工程的變形與破壞是具有復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制的“綜合癥〞和“并發(fā)癥〞，要對軟巖工程穩(wěn)定性實(shí)行有效的控制，必須有一個(gè)由“復(fù)合型〞向“單一型〞的轉(zhuǎn)化過程。這一過程的完成是依靠一系列“對癥下藥〞的支護(hù)措施來實(shí)現(xiàn)的。(3)塑性圈原那么和硬巖工程支護(hù)的指導(dǎo)思想不同，軟巖工程支護(hù)必須允許出現(xiàn)塑性圈。硬巖工程支護(hù)是力求控制塑性區(qū)的產(chǎn)生，最大限度的發(fā)揮圍巖的自承能力。而軟巖工程支護(hù)是力求有控制的產(chǎn)生一個(gè)合理的塑性圈，最大限度的釋放圍巖的變形能。這是由于軟巖的特性決定的。對軟巖巷道來講，塑性圈的出現(xiàn)具有三個(gè)力學(xué)效應(yīng)：①大幅度降低變形能。②減少了切向應(yīng)力集中程度。③改善了圍巖的自承狀態(tài)。應(yīng)力集中區(qū)向深部轉(zhuǎn)移，而內(nèi)部圍巖處于三向受力狀態(tài)，承載能力較強(qiáng)。塑性圈不應(yīng)任意自由出現(xiàn)，必須從兩個(gè)方面加以控制：一是控制變形速率。變形速率越慢，圍巖在保持原有強(qiáng)度的前提下，允許變形量越大，釋放的變形能就越大。二是控制差異變形。煤系地層中軟弱夾層的發(fā)育具有普遍性，軟弱夾層等構(gòu)造面具有差異性變形的力學(xué)特點(diǎn)，必須加以控制，才能出現(xiàn)均勻的塑性圈，使支護(hù)承受均勻荷載。(4)優(yōu)化原那么一個(gè)優(yōu)化的軟巖工程支護(hù)，要同時(shí)滿足3個(gè)條件：一是充分的釋放圍巖變形能；二是充分的保護(hù)圍巖的力學(xué)強(qiáng)度；三是使工程造價(jià)小且工程穩(wěn)定性好。高應(yīng)力軟巖巷道錨、網(wǎng)、索、噴耦合支護(hù)研究高應(yīng)力軟巖是一特殊類型的軟巖，高應(yīng)力軟巖變形屬于非線性變形問題，支護(hù)形式必須滿足其變形要求。由高水平應(yīng)力word文檔精品文檔分享6word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告軟巖巷道變形破壞機(jī)理，知道其變形破壞的圍巖環(huán)境及變形規(guī)律，支護(hù)應(yīng)滿足：①巷道受力非各向同性。②巷道非線性大變形。③巷道變形時(shí)間持續(xù)性。④巷道處于高的應(yīng)力差和低的圍壓環(huán)境。4.1.2軟巖巷道支護(hù)對策4.1.2.1軟巖巷道支護(hù)對策由以上分析可知,對于深部高應(yīng)力軟巖巷道,常規(guī)的支護(hù)方法和單一措施都不能滿足工程的實(shí)際需要，必須根據(jù)其原因采取相應(yīng)的支護(hù)對策：(1)加強(qiáng)金屬網(wǎng)的強(qiáng)度和剛度，或在局部薄弱環(huán)節(jié)，增加錨梁支護(hù)，以增強(qiáng)圍巖外表約束能力,限制破碎區(qū)向縱深開展。(2)適時(shí)進(jìn)展二次支護(hù)且二次支護(hù)適當(dāng)?shù)卦黾渝^桿、錨索的強(qiáng)度，如適當(dāng)加長錨桿，增加托梁、鋼帶等，以保證初期支護(hù)具有一定的柔性，在巷道不失穩(wěn)的前提下，允許圍巖有較大的變形，讓其充分地釋放能量。同時(shí),支護(hù)體后期要有足夠的強(qiáng)度和剛度來有效控制圍巖與支護(hù)的過量變形。(3)實(shí)現(xiàn)高應(yīng)力軟巖巷道厚壁支護(hù)。一是采用全長錨固螺紋鋼等強(qiáng)錨桿,增加圍巖自承圈厚度，實(shí)現(xiàn)厚壁支護(hù)；二是進(jìn)展錨索加固,由于錨索長度較大，能夠深入到深部較穩(wěn)定的巖層中，錨索對被加固巖體施加的預(yù)緊力高達(dá)200KN，限制圍巖有害變形的開展,改善了圍巖的受力狀態(tài)，增加圍巖自承圈厚度,實(shí)現(xiàn)厚壁支護(hù)；三是改變支護(hù)構(gòu)造,在巷道的兩底腳增加斜拉錨桿或巷道底板開挖成反底拱形，并錨噴〔梁〕支護(hù)，從而形成完整的、封閉的支護(hù)整體。(4)減少圍巖的破壞,增大圍巖的強(qiáng)度,提高圍巖自承能力。一是推廣光面爆破，減少圍巖震動，控制圍巖環(huán)向裂隙,盡量保持圍巖的整體強(qiáng)度；二是盡量保持巷道周邊的光滑平整,防止產(chǎn)生應(yīng)力集中；三是采用膨脹材料充滿錨桿孔，形成全長錨固。4.1.2.2錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)承載機(jī)理分析軟巖巷道支護(hù)方法，并不是單一的支護(hù)可以奏效的，也不是一次支護(hù)最終可以實(shí)現(xiàn)的，必須采用聯(lián)合支護(hù)的方式。由于全國各礦區(qū)軟巖性質(zhì)多種多樣，井下地質(zhì)條件及生產(chǎn)條件多變，加上施工習(xí)慣也不盡一樣，因此，軟巖巷道的支護(hù)形式也是多種多樣的。歸納起來，主要有以下幾種形式：錨噴支護(hù)〔錨桿噴射混凝土支護(hù)〕、錨網(wǎng)噴支護(hù)〔錨桿、金屬網(wǎng)、噴射混凝土支護(hù)〕、錨網(wǎng)噴架支護(hù)〔錨桿、金屬網(wǎng)、鋼架、噴射混凝土支護(hù)〕、錨噴索支護(hù)〔錨桿、噴射混凝土和錨索聯(lián)合支護(hù)〕、錨網(wǎng)索支護(hù)〔錨桿、金屬網(wǎng)和錨索聯(lián)合支護(hù)〕、錨梁網(wǎng)支護(hù)〔錨桿、梁、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)〕、錨網(wǎng)架支護(hù)〔錨桿、金屬網(wǎng)、可縮性金屬支架聯(lián)合支護(hù)〕、錨網(wǎng)桁架支護(hù)〔錨桿、金屬網(wǎng)、桁架支護(hù)〕、錨梁網(wǎng)噴注漿聯(lián)合支護(hù)、可縮性金屬支架。大量的工程實(shí)踐證明，錨噴、錨網(wǎng)噴、錨網(wǎng)以及可縮性金屬支架、錨索等都word文檔精品文檔分享7word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告是軟巖巷道有效的支護(hù)手段。有時(shí)可單獨(dú)使用，有時(shí)可相互配合使用。4.1.2.2.1錨桿—圍巖相互作用機(jī)理巷道開挖后，圍巖的受力狀態(tài)發(fā)生改變。不同部位的巖體，由于其受力狀態(tài)不同，所表現(xiàn)出的出的強(qiáng)度特性也各不一樣〔如圖4-4所示〕。對于巷道頂板和底板的A點(diǎn)和C點(diǎn)，處于受拉狀態(tài)，而巖石的抗拉強(qiáng)度相對較低，因此極易發(fā)生破壞。對于巷道幫部的 B點(diǎn)，處于受壓狀態(tài)，因此其強(qiáng)度表現(xiàn)要比A點(diǎn)高。圍巖內(nèi)部的D點(diǎn)，仍處于三向狀態(tài)，因此其強(qiáng)度表現(xiàn)相對最高。打入錨桿后，由于錨桿與圍巖的相互作用，使巷道的圍巖受力狀態(tài)發(fā)生了改變。錨桿對圍巖的加固作用機(jī)理比較復(fù)雜，主要表現(xiàn)在〔如圖4-5所示〕：ADσ1DBCBA,COσ3圖4-4巷道圍巖受力分析圖4-5錨桿加固作用示意圖(1)錨桿與圍巖粘結(jié)在一起，提高了巖體的整體剛度，增強(qiáng)了巖體的抗變形能力。(2)由于錨桿的抗拉作用，當(dāng)錨桿穿過破碎巖層深入穩(wěn)定巖層時(shí)，對不穩(wěn)定巖層起著懸吊作用。(3)對于層狀巖體，由于錨桿的作用，對巖層離層的作用起著一定的阻礙作用，并增大了層間的摩擦力，與錨桿本身的抗剪作用阻止層間的相對滑動，從而將各個(gè)巖層夾緊形成組合梁，提高了巖層的承載能力。(4)由于錨桿的作用，改變了邊界巖體的受力狀態(tài)，使其由一維狀態(tài)轉(zhuǎn)化為三維受力狀態(tài)，提高了巖體的承載能力。word文檔精品文檔分享8word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告在不同階段，錨桿與圍巖的相互作用有所不同。早期階段，錨桿的主要作用是控制頂板下部巖體的錯(cuò)動和離層失穩(wěn)的發(fā)生。在中期階段，巖層產(chǎn)生了一定的變形，由于巖石的流變效應(yīng)，隨著時(shí)間的推移，巖層強(qiáng)度不斷降低，當(dāng)錨桿深入穩(wěn)定巖層時(shí)，其懸吊作用處于主要地位，同時(shí)由于錨桿的徑向和切向約束，阻止破壞區(qū)巖層擴(kuò)容、離層和錯(cuò)動。在后期階段，圍巖變形增大，錨桿受力增大，設(shè)計(jì)合理的情況下，只要錨桿不產(chǎn)生破壞，圍壓的穩(wěn)定層仍在錨桿的控制X圍內(nèi)，仍可起懸吊作用，假設(shè)穩(wěn)定層上移，使錨桿完全處于破壞巖層內(nèi)，那么錨桿和破壞巖體仍可形成承載圈，具有一定的承載能力。錨桿支護(hù)的作用機(jī)理有懸吊作用、組合梁作用、加固拱作用、楔固作用等。懸吊作用：懸吊作用是指錨桿把將要冒落的軟弱巖層或危巖懸吊于上部鞏固穩(wěn)定的巖體上，由錨桿來承當(dāng)危巖或軟弱巖層的重量，如圖4－6(a)，4－6(b)所示。D圓形巷道錨桿懸吊作用(b)層狀巖體頂板錨桿懸吊作用4-6錨桿作用簡圖組合梁作用：在層狀巖層的巷道頂板中，通過錨入一系列的錨桿，將錨桿錨固長度以內(nèi)的薄層巖石組成巖石組合梁，從而提高其承載能力?？梢园哑巾斚锏赖膶訝顜r石頂板看作是以巷道兩幫為支點(diǎn)的疊合梁。在載荷作用下，各層巖石〔板〕都有各自的單獨(dú)彎矩，每層巖石〔板〕的上下緣分別處在受壓和受拉狀態(tài)。但用錨桿將各層巖石錨固在一起后，在載荷作用下，各層巖石之間根本上不會發(fā)生離層、錯(cuò)動，就如同一塊板的彎曲一樣，大大提高了組合梁的抗彎強(qiáng)度和承載能力，如圖4-7所示。圖4-7頂板錨桿組合梁作用加固拱作用：對于被縱橫交織的弱面所切割的塊狀或破裂狀圍巖，如果及時(shí)用錨桿加固，就能提高巖體構(gòu)造弱面的抗剪強(qiáng)度，在圍巖周邊一定厚度的X圍內(nèi)形成一個(gè)不僅能維持自身穩(wěn)定，而且能防止其上部圍巖松動和變形的加固拱，從而保持巷道的穩(wěn)定。如圖4-8所示。word文檔精品文檔分享9word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告圖4-8錨桿加固拱原理楔固作用：錨桿的楔固作用是在圍巖中存在一組或幾組不同產(chǎn)狀的不連續(xù)面的情況下，由于錨桿穿過了這些不連續(xù)面，防止或減少了沿不連續(xù)面的移動，但是，錨桿架設(shè)的時(shí)機(jī)是非常重要的。如果在開挖引起的剪應(yīng)力產(chǎn)生前就架設(shè)了全長粘結(jié)式錨桿，那么在不連續(xù)面處錨桿較高的剪切剛度將迫使錨桿完全承受開挖二次應(yīng)力的作用，而難于發(fā)揮不連續(xù)面自身抗剪能力。4.1.2.2.2錨索—圍巖關(guān)鍵部位支護(hù)原理錨索關(guān)鍵部位支護(hù)就是根據(jù)位移反分析原理，確定支護(hù)系統(tǒng)二次組合支護(hù)的最正確時(shí)間，最大限度的發(fā)揮圍巖的自承能力，從而使支護(hù)體的支護(hù)抗力降到最低。4-9和4-10為在均質(zhì)圍巖條件下有、無錨索加固的模擬計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯觯瑳]有錨索支護(hù)時(shí)，直墻半圓拱巷道周圍形成“雙耳〞應(yīng)力集中關(guān)鍵部位，常常造成巷道兩邊剪壞。在應(yīng)力集中關(guān)鍵點(diǎn)施加錨索后，淺部圍巖剪應(yīng)力集中程度明顯減小，深部圍巖的剪應(yīng)力水平顯著增加，說明調(diào)動了深部巖體強(qiáng)度，控制了淺部巖體的穩(wěn)定性。圖4-9無錨索時(shí)Σxy應(yīng)力圖圖4-10施加錨索后Σxy應(yīng)力圖圖4-11與圖4-12為施加錨索支護(hù)前后的Py應(yīng)力圖。從圖中可以看出，無錨索支護(hù)時(shí)，巷道拱頂應(yīng)力集中程度較高，施加錨索后，應(yīng)力集中程度大幅度降低，同時(shí)使深部圍巖巖體Py發(fā)生集中。word文檔精品文檔分享10word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告圖4-11無錨索時(shí)Ρy應(yīng)力圖圖4-12施加錨索后Ρy應(yīng)力圖通過比較可以看出，施加錨索支護(hù)后與施加前巷道圍巖應(yīng)力分布具有明顯的不同，主要表現(xiàn)在施加錨索支護(hù)后，剪應(yīng)力明顯向巷道深部圍巖延伸、擴(kuò)X，應(yīng)力集中程度相對減小，在巷道圍巖深部錨索頂端出現(xiàn)拉應(yīng)力集中區(qū)。這說明錨索的作用，促使巷道深部巖體也承當(dāng)了淺部圍巖的支護(hù)荷載，從而減小了巷道的變形量。另外，巷道開挖后，圍巖的應(yīng)力由空區(qū)向深部逐漸增大到原巖應(yīng)力，正是由于錨索的作用，調(diào)動了巷道深部圍巖強(qiáng)度，從而到達(dá)對巷道淺部圍巖的支護(hù)效果。錨索支護(hù)是一種主動支護(hù)，是一種傳遞主體構(gòu)造的支護(hù)應(yīng)力至深部穩(wěn)定巖層的主動支護(hù)方式。它可以傳遞較大的拉應(yīng)力，這是其他措施無法比較的最大優(yōu)點(diǎn)。錨索長度，一般是錨桿長度的3～5倍〔長度可以根據(jù)工程需要定制〕，除具有普通錨桿的懸吊作用、組合梁作用、組合拱作用、楔固作用外，與普通錨桿不同的是對巷道頂板進(jìn)展深部錨固而產(chǎn)生強(qiáng)力懸吊作用，并沿巷道縱軸線形成連續(xù)強(qiáng)支撐點(diǎn)，以大預(yù)應(yīng)力減緩頂板巖石擴(kuò)容。在煤礦巷道，錨桿、錨索大都是配合使用。當(dāng)錨桿、錨索及時(shí)支護(hù)之后，形成錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索的加固群體。這樣，相鄰的錨桿、錨索的作用力相互疊加，組合成一個(gè)“承載層〞〔承載拱〕，這個(gè)新的承載層厚度比單用錨桿成倍增加，能使圍巖發(fā)揮出更大的承載作用，如圖4-13所示。圖4-13錨桿、錨索群聯(lián)合加固作用原理word文檔精品文檔分享11word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告4.1.2.2.3錨網(wǎng)－圍巖相互作用機(jī)理錨網(wǎng)與圍巖的相互作用十分重要，過強(qiáng)或過弱的錨網(wǎng)支護(hù)，都會引起局部應(yīng)力集中而造成巷道的破壞。只有錨網(wǎng)與圍巖強(qiáng)度、剛度到達(dá)吻合時(shí)，變形才能相互協(xié)調(diào)。到達(dá)吻合的標(biāo)志是圍巖應(yīng)力集中區(qū)在協(xié)調(diào)變形過程中，向低應(yīng)力區(qū)轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散，從而到達(dá)最正確支護(hù)效果。(1)圍巖集中應(yīng)力區(qū)向低應(yīng)力區(qū)轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象數(shù)值模擬研究結(jié)果說明〔如圖4-14所示〕，巷道開掘初期，巷道圍巖頂部應(yīng)力迅速集中，是巷道垮落的危險(xiǎn)區(qū)域。在實(shí)施錨網(wǎng)支護(hù)后，頂部應(yīng)力集中區(qū)迅速下降，而幫部低應(yīng)力區(qū)應(yīng)力迅速提高，整個(gè)圍巖不同部位應(yīng)力狀態(tài)趨于均勻化。由此可見，錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)，改善了圍巖應(yīng)力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了圍巖應(yīng)力擴(kuò)散均勻化的過程。1.掘進(jìn)錨噴后圍巖應(yīng)力狀態(tài)2.錨網(wǎng)作用后應(yīng)力狀態(tài)3.應(yīng)力轉(zhuǎn)化中性點(diǎn)4.應(yīng)力變化趨勢圖4-14圍巖頂部集中應(yīng)力區(qū)向幫部低應(yīng)力區(qū)轉(zhuǎn)化過程(2)圍巖應(yīng)力場和位移場的變化隨著圍巖受力由集中應(yīng)力區(qū)向低應(yīng)力區(qū)轉(zhuǎn)化，錨桿受力趨于均勻化，圍巖的應(yīng)力場和位移場也趨于均勻化。不實(shí)施錨網(wǎng)支護(hù)與實(shí)施錨網(wǎng)支護(hù)時(shí)的應(yīng)力場、位移場變化情況比照。有以下不同：①在不實(shí)施錨網(wǎng)支護(hù)下，水平方向應(yīng)力在兩幫和底板出現(xiàn)明顯的大X圍應(yīng)力集中。實(shí)施錨網(wǎng)支護(hù)后，水平方向應(yīng)力僅在支護(hù)體X圍附近比較明顯，應(yīng)力值大于不耦合支護(hù)下的應(yīng)力值。②不實(shí)施錨網(wǎng)支護(hù)下，豎直方向應(yīng)力在頂部和底部較為突出，應(yīng)力集中區(qū)明顯大于實(shí)施錨網(wǎng)支護(hù)下的應(yīng)力X圍。實(shí)施錨網(wǎng)支護(hù)后的應(yīng)力集中區(qū)出現(xiàn)在巷道的兩角部，應(yīng)力值大于不實(shí)施錨網(wǎng)支護(hù)下的應(yīng)力值。③從Σxy應(yīng)力分布比照可以看出，不實(shí)施錨網(wǎng)支護(hù)下的剪應(yīng)力在巷道的兩幫和頂部的兩邊較為集中，而實(shí)施錨網(wǎng)支護(hù)下的剪應(yīng)力主要出現(xiàn)在支護(hù)體內(nèi)，分布較為均勻。④實(shí)施錨網(wǎng)支護(hù)下的圍巖變形明顯小于不實(shí)施錨網(wǎng)支護(hù)下的巖體變形，同時(shí)巷道整體變形也更均勻。word文檔精品文檔分享12word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告高質(zhì)量的金屬網(wǎng)和鋼帶能有效地控制錨桿之間非錨固巖層的變形，托住擠入巷道的巖石，是確保錨桿加固作用的重要措施。其主要作用有：(1)防止碎裂巖塊垮落。(2)將錨桿之間非錨固巖層載荷傳給錨桿。(3)金屬網(wǎng)托住已碎裂的巖石，雖然巷道周邊圍巖已破裂，由于碎石的碎脹作用和傳遞力的媒介作用，使巷道深部圍巖仍保持三向應(yīng)力狀態(tài)，大大提高巖體的剩余強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)證明采用錨網(wǎng)加固的試件在受載破壞時(shí)，裂成密集的細(xì)柱狀桿系，殘?bào)w較完整，剩余強(qiáng)度為極限抗壓強(qiáng)度的0.26倍，無網(wǎng)錨桿加固試件殘?bào)w不完整，無明顯的剩余強(qiáng)度。這是在井下經(jīng)常可見的錨噴網(wǎng)支護(hù)的巷道，金屬網(wǎng)變形很大，噴層已嚴(yán)重開裂，網(wǎng)內(nèi)圍巖已完全松動破裂，巷道仍能保持較長時(shí)間的穩(wěn)定的重要原因。錨桿支護(hù)的關(guān)鍵是能否形成圍巖的自承環(huán)。金屬網(wǎng)在錨噴網(wǎng)支護(hù)中的作用，不僅是有鋼筋承受圍巖壓力，更為重要的是通過鋼筋改善巖體的受力狀態(tài)，提高巖體強(qiáng)度來承受圍巖壓力，以充分發(fā)揮巖體的自承能力，這是比較松軟的巖層內(nèi)或采動巷道內(nèi)成功地應(yīng)用錨網(wǎng)噴的主要原因。巷道圍巖穩(wěn)定性愈差，網(wǎng)和鋼帶等的作用愈加重要。4.1.2.3軟巖巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方法目前，軟巖巷道支護(hù)的設(shè)計(jì)方法大體上可分為三類，即工程類比法，理論計(jì)算法及實(shí)測法。(1)工程類比法工程類比法是當(dāng)前應(yīng)用最廣的方法。它是根據(jù)已經(jīng)支護(hù)的類似工程的經(jīng)歷，通過工程類比，直接提出支護(hù)參數(shù)。它與設(shè)計(jì)者的實(shí)踐經(jīng)歷關(guān)系很大。然而，要求每一個(gè)設(shè)計(jì)人員都具有豐富的實(shí)踐經(jīng)歷是不切實(shí)際的。為了將特定巖體條件下的設(shè)計(jì)與別的工程相應(yīng)條件下的實(shí)踐經(jīng)歷聯(lián)系起來進(jìn)展工程類比，做出比較合理的設(shè)計(jì)方案，正確的巖體分類是非常必要的。進(jìn)展圍巖分類后，就可根據(jù)不同類別的巖層，確定不同的支護(hù)形式和參數(shù)。(2)理論計(jì)算法在巖石力學(xué)支護(hù)理論的開展歷程中，人們試圖做到像地面構(gòu)造工程那樣能夠較為準(zhǔn)確地確定支護(hù)荷載，用理論公式設(shè)計(jì)計(jì)算支護(hù)構(gòu)造，這是巖石力學(xué)工作者長期追求和奮斗的目標(biāo)。(3)實(shí)測法根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際觀測資料，利用巖石力學(xué)原理與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)展軟巖巷道支護(hù)的設(shè)計(jì)方法，已被許多國家采用。word文檔精品文檔分享13word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告4.2現(xiàn)場及實(shí)驗(yàn)研究4.2.1巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析為掌握榮華煤礦軟巖力學(xué)特性，對東主運(yùn)輸巷道7#層進(jìn)展采樣，制成直徑50mm，高100mm的圓柱形試件。利用RMT-150B巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)展單軸抗拉實(shí)驗(yàn)和單軸抗壓實(shí)驗(yàn)。首先，用游標(biāo)卡尺測定試件直徑，在其高度中部兩個(gè)互相垂直的方向量測三組數(shù)據(jù)，取算術(shù)平均值，然后輸入計(jì)算機(jī)。然后輸入壓力及實(shí)驗(yàn)參數(shù)，開動實(shí)驗(yàn)機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制均勻加載直至試件破壞。4.2.1.1巖石單向抗拉實(shí)驗(yàn)1.試驗(yàn)名稱：巖石單向抗拉實(shí)驗(yàn)2.試驗(yàn)?zāi)康模簻y定巖石單向抗拉強(qiáng)度3.試樣名稱：1號巖石〔取其1塊巖芯〕4.試件特征：巖石試件采于XX省雞西榮華立井7＃層，灰黑色，微白，構(gòu)造致密，較堅(jiān)硬，遇水軟化，屬于粉沙巖的一種。5.儀器設(shè)備：RMT—150B巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)儀器巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)名稱型號RMT—150B垂直液壓缸最大輸出力:1000kN垂直液壓缸活塞行程:50mm(1000kN,100kN二級)水平液壓缸最大輸出力:500kN技水平液壓缸活塞行程:50mm(500kN,100kN二級)術(shù)變形速率:0.0001～1mm/s指加載速率:0.01～100kN/s標(biāo)疲勞頻率:0.001～5Hz最大圍壓:50MPa圍壓速率:0.001～１MPa/s機(jī)架剛度:5×106N/mm1.各種試驗(yàn)均為伺報(bào)控制，有位移控制、行程控制、載荷控制三種方式可選。2.組合位移控制方式，充分利用了軸向位移控制與橫向位移控制各自的優(yōu)點(diǎn)，更好地控制了試樣的破壞過程。3.單軸和三軸壓縮全過程試驗(yàn)。(可給出抗壓強(qiáng)度、彈性模量、變形模量、泊松比、凝聚力、摩擦角等數(shù)據(jù))能4.各種加載波形的疲勞試驗(yàn)(正弦波、三角波、方波)，預(yù)設(shè)循環(huán)次數(shù)，試驗(yàn)過程中自動記數(shù)。5.直接剪切試驗(yàn)，剪力由拉力提供。特6.間接拉伸試驗(yàn)〔巴西法〕，配有專用裝置。色7.試驗(yàn)過程中可以進(jìn)展人為干預(yù)，改變試驗(yàn)參數(shù)(波形、頻率、速率、控制方式、極限值等等)以滿足各種特殊試驗(yàn)和理論研究的需要。8.自動組合試驗(yàn)，可以分為假設(shè)干個(gè)步驟，預(yù)先在不同的試驗(yàn)階段設(shè)置不同的試驗(yàn)參數(shù)，在計(jì)算機(jī)控制下自動連續(xù)完成。生產(chǎn)國別碼156中科院XX分院巖土研究所廠家word文檔精品文檔分享14word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告6.標(biāo)準(zhǔn)試件規(guī)格：采用直徑為 50mm的圓柱體，高徑比為 1：27.測定步驟：①測試件尺寸：用游標(biāo)卡尺測定試件直徑，在其高度中部兩個(gè)互相垂直的方向量測三組數(shù)據(jù)，取算術(shù)平均值，然后輸入計(jì)算機(jī)。②輸入壓力及實(shí)驗(yàn)參數(shù)。③開動實(shí)驗(yàn)機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制均部加載直至破壞。8.測試結(jié)果如圖：4.2.1.2巖石單軸抗壓實(shí)驗(yàn)1.試驗(yàn)名稱：巖石單軸抗壓實(shí)驗(yàn)2.試驗(yàn)?zāi)康模簻y定巖石單軸抗壓強(qiáng)度3.試樣名稱：2號巖石〔取其1塊巖芯〕＃4.試件特征：巖石試件采于XX省雞西榮華立井7層，灰黑色，微白，構(gòu)造致密，堅(jiān)硬，遇水軟化，屬于粉沙巖的一種。5.儀器設(shè)備：RMT—150B巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)6.標(biāo)準(zhǔn)試件規(guī)格：采用直徑為 50mm的圓柱體，高徑比為 2：17.測定步驟：①測試件尺寸：用游標(biāo)卡尺測定試件直徑，在其高度中部兩個(gè)互相垂直的方向量測三組數(shù)據(jù)，取算術(shù)平均值，然后輸入計(jì)算機(jī)。②輸入壓力及實(shí)驗(yàn)參數(shù)。③開動實(shí)驗(yàn)機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制均部加載直至破壞。8.測試結(jié)果如圖：word文檔精品文檔分享15word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告3號巖石〔取其4塊巖芯〕試件特征：巖石試件采于7＃層，外表深灰色，巖石堅(jiān)硬，屬于粉沙巖的一種。測試結(jié)果〔4組〕如下：第一組結(jié)果:word文檔精品文檔分享16word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告第二組結(jié)果:第三組結(jié)果：word文檔精品文檔分享17word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告第四組結(jié)果:word文檔精品文檔分享18word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告4.2.1.3試驗(yàn)結(jié)論從圖中可以看出，雖然拉應(yīng)力的值比壓應(yīng)力的值低很多，但由于巖石的抗拉強(qiáng)度很低，所以試件還是因X方向的拉應(yīng)力而導(dǎo)致試件沿徑向劈裂破壞，破壞是從直徑中心開場，然后向兩端開展，反映了巖石的抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度要低很多，在單軸壓縮實(shí)驗(yàn)中最大抗壓強(qiáng)度接近50MPa，說明巖樣雖然水解性高，遇水軟化，但未與水接觸時(shí)抗壓強(qiáng)度很高。4.2.2變形監(jiān)測分析4.2.2.1監(jiān)測區(qū)域簡介榮華煤礦位于雞西市雞東縣境內(nèi)，該礦東主運(yùn)輸巷道位于-650m井底車場的東北部，方位70°〔如圖4-15所示〕，起于副井空車線，止于中三采區(qū)運(yùn)輸石門，長度約300m，坡度+4‰，目前已施工120m。東主運(yùn)輸巷道為新開拓工程，周圍無巷道，無采空區(qū)、火區(qū)和積水。地面為水田地及局部村房，標(biāo)高+174m，對開拓?zé)o影響。根據(jù)已施工的東主運(yùn)輸巷道及鉆孔資料顯示，本段巖石有砂巖、凝灰?guī)r、泥巖、煤頁巖、煤等，大局部巖石裂隙發(fā)育，局部破碎嚴(yán)重，有較多光滑面，巖石硬度1～6.5級，巖石走向70°～150°，傾向160°～240°，傾角10°～25°，本段巖石區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，斷層較多，落差多在10m以下，附近巖石裂隙發(fā)育破碎，巷道施工時(shí)，有局部砂巖裂隙水及接近斷層時(shí)的斷層含水，水量最大5m3／h。榮華煤礦為重掘礦井，原始舊巷破壞嚴(yán)重，如圖4-16所示。圖4-15榮華煤礦井底車場簡圖word文檔精品文檔分享19word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告圖4-16巷道破壞情況4.2.2.2變形規(guī)律及存在問題(1)支護(hù)參數(shù)井底車場及東主運(yùn)輸巷道共施工991m，主、副、風(fēng)井已經(jīng)短路貫穿，中央風(fēng)井環(huán)形車場已經(jīng)形成，榮華煤礦東主運(yùn)輸巷道施工120m。由于受地壓影響，加之常年失修，大局部巷道已遭到嚴(yán)重破壞。井底車場目前已巷修580m，巷修主要采用砌碹、U型鋼支架、U型鋼支架噴砼等支護(hù)方式。并采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、W鋼帶，噴砼聯(lián)合支護(hù)方式〔如圖4-17所示〕，錨桿采用18mm高強(qiáng)錨桿，長度1800mm，間排距800mm×800mm，錨索采用15.24mm鋼絞線，長度6000mm，間排距2000mm×1600m，金屬網(wǎng)采用網(wǎng)孔規(guī)格為50mm×50mm的8#鍍鋅鋼絲網(wǎng)。圖4-17斷面支護(hù)參數(shù)及效果word文檔精品文檔分享20word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告(2)變形監(jiān)測東主運(yùn)輸巷道設(shè)計(jì)凈寬4.8m，拱頂凈高2.4m，墻高1.5m。為掌握巷道變形規(guī)律，對東主運(yùn)輸巷道進(jìn)展了變形監(jiān)測，測量儀器采用激光指向儀、坡度規(guī)、鋼尺。如圖4-18所示，用鋼尺分別量取OA、OB、NC、ND。然后將實(shí)測數(shù)據(jù)錄入EXCEL表格進(jìn)展數(shù)據(jù)分析。圖4-18榮華煤礦東主運(yùn)輸巷道變形監(jiān)測記錄word文檔精品文檔分享21word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告將變形結(jié)果導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，進(jìn)展分析，如圖4-19所示。4號測點(diǎn)巷寬變形觀測圖4號測點(diǎn)頂板變形觀測圖5.452.25〕5.4〕2.2M5.35M〔5.3〔2.15EEC5.25C2.1NNAAT5.2TSS2.05I5.15IDDT5.1T2O5.05OOO1.95R5R1.94.9512345678910111213141234567891011121314DATA〔05.11.10-06.2.25，ONE/8DAYS〕DATA〔05.11.10-06.2.25，ONE/8DAYS〕word文檔精品文檔分享6號測點(diǎn)巷寬變形觀測圖5.5〕M5.4〔E5.3CNAT5.2SID5.1TOO5R4.91 2345678910111213DATA〔05.11.10-06.2.25，ONE/7DAYS〕8號測點(diǎn)巷寬變形圖5.655.65.55M5.5ECN5.45AT5.4SI5.355.35.251 2345678910111213DATA〔05.11.25-06.2.25，ONE/7DAYS〕10號測點(diǎn)巷寬變形圖5.65.5M5.4ECN5.3ATS5.2I5.1512345678910111213DATA〔05.11.25-06.2.25，ONE/7DAYS〕6號測點(diǎn)頂板變形觀測圖2.32.252.2〔E2.15CN2.1ATSI2.05D2TOO1.95R1.91.852345678910111213DATA〔05.11.10-06.2.25，ONE/7DAYS〕8號測點(diǎn)頂板變形觀測圖2.32.25〕2.2〔ECN2.15ATS2.1ID2.0522345678910111213DATA〔05.11.25-06.2.25，ONE/7DAYS〕10號測點(diǎn)頂板變形觀測圖2.52〕M〔E1.5CNAT1SID0.501 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213DATA〔05.11.25-06.2.25，ONE/7DAYS〕word文檔精品文檔分享圖4-19巷道變形曲線(3)變形規(guī)律監(jiān)測結(jié)果說明巷道掘進(jìn)后頂板下沉量較大，日下沉量最大可達(dá)幾百毫米，隨時(shí)間推移逐漸趨于穩(wěn)定，頂板下沉曲率逐漸減小，兩幫收斂速率減緩，但仍有收斂傾向，并非完全穩(wěn)定。由于篇幅所限，僅列出三個(gè)測點(diǎn)變形曲線，另外二十個(gè)測點(diǎn)情況大致一樣，掘進(jìn)面變形最大，頂板下移量超過200mm，并且兩幫向內(nèi)收斂word文檔精品文檔分享22word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告速度很快，金屬網(wǎng)變形嚴(yán)重。(4)存在問題與措施榮華煤礦東主運(yùn)輸巷道破壞嚴(yán)重，巷道兩幫收縮嚴(yán)重。局部地段，錨索托盤工字鋼已出現(xiàn)彎曲，U鋼可縮支架架腿向內(nèi)彎曲嚴(yán)重。另外，榮華煤礦東主運(yùn)輸巷道地質(zhì)條件復(fù)雜，穿越地層數(shù)目較多，地層傾角20°左右，地壓復(fù)雜，個(gè)別地段處于破碎帶，裂隙節(jié)理多，給支護(hù)帶來很大困難。距掘進(jìn)面20m以內(nèi)巷道，出現(xiàn)以下問題：①兩幫收縮嚴(yán)重：20號測點(diǎn)位置，錨索托盤工字鋼已出現(xiàn)彎曲，U鋼可縮支架架腿向內(nèi)彎曲嚴(yán)重，現(xiàn)預(yù)留適當(dāng)變形空間，可以有效控制變形量，但預(yù)留空間尺寸大小很難掌握，現(xiàn)繼續(xù)進(jìn)展實(shí)地位移監(jiān)測，力求最正確預(yù)留尺寸。②地質(zhì)條件復(fù)雜：由于東主運(yùn)輸巷道穿越地層數(shù)目較多，且個(gè)別地段處于破碎帶，裂隙節(jié)理多，地壓顯現(xiàn)異常。為準(zhǔn)確掌握地壓規(guī)律，現(xiàn)使用鋼弦式土壓計(jì)與混凝土噴層應(yīng)力計(jì)按預(yù)先設(shè)計(jì)好的測點(diǎn)進(jìn)展永久埋設(shè)，并進(jìn)展長期地壓監(jiān)測。③涌水現(xiàn)象頻繁：榮華煤礦井筒涌水量較大，局部砂巖裂隙水及接近斷層時(shí)的斷層內(nèi)含水。施工過程中，有時(shí)順錨桿鉆機(jī)流水，水量最大5m3/h，為不影響正常施工，采用注漿方法堵水，并且加大水倉排水量，增加大揚(yáng)程水泵。④個(gè)別片幫現(xiàn)象：14號測點(diǎn)頂板方位角30°位置出現(xiàn)片幫現(xiàn)象，片幫面積約0.27m2，有金屬掛網(wǎng)拖住碎石未下落。⑤底臌現(xiàn)象：17測點(diǎn)至掘進(jìn)面底臌現(xiàn)象明顯，影響正常施工作業(yè)，軌面上移量較大，數(shù)據(jù)監(jiān)測階段共拉底2次。4.2.3軟巖性質(zhì)分析榮華煤礦東主運(yùn)輸巷道-650m井底車場周圍圍巖為軟巖，整體支護(hù)效果比較理想，但東主運(yùn)輸巷道變形嚴(yán)重，為徹底解決支護(hù)問題，需要對巷道頂板、底板及幫體進(jìn)展微觀構(gòu)造和礦物成分判定。于2006年10月，在榮華煤礦東主運(yùn)輸巷道工作面采樣10件〔2件備用〕進(jìn)展了X射線衍射分析和掃描電鏡分析，并在中國礦業(yè)大學(xué)〔〕對結(jié)果進(jìn)展了分析，確定了巖樣的性質(zhì)與類別，掌握了巖樣的根本特性。為下一步確定該巷道軟巖的類型、變形力學(xué)機(jī)制、研究圍巖穩(wěn)定性控制對策及其支護(hù)技術(shù)提供依據(jù)。所采集的巖樣情況見表4-1。word文檔精品文檔分享23word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告表4-1巖石樣品記錄表編號取樣地點(diǎn)取樣位置巖石名稱巖樣特征1東主運(yùn)巷4號穿插口凝灰砂巖黑灰色、較硬、破碎2東主運(yùn)巷距1點(diǎn)150m凝灰?guī)r灰白色、質(zhì)軟3東主運(yùn)巷最新掘進(jìn)面中細(xì)砂巖灰色、裂隙發(fā)育4東主運(yùn)巷距B點(diǎn)50m粗砂巖灰白色、裂隙發(fā)育、硬度較差5東主運(yùn)巷穿插口25m粉沙巖淺灰色、裂隙發(fā)育6東主運(yùn)巷反向第一穿插口泥巖深灰色、質(zhì)軟7東主運(yùn)巷掘進(jìn)面〔頂板〕粉沙巖淺灰色、微濕8東主運(yùn)巷掘進(jìn)面〔兩幫〕灰質(zhì)泥巖灰白色、堅(jiān)硬4.2.3.1X射線衍射分析4.2.3.1.1X射線衍射分析技術(shù)X射線衍射分析(X-rayDiffractionAnalysis)是一種借助X射線來識別原子種類的高技術(shù)。X射線是一種波長短、能量高的電磁波。當(dāng)用X射線照射物質(zhì)時(shí)，除發(fā)生散射和吸收現(xiàn)象外，還會造成原子內(nèi)的電子發(fā)生電離，內(nèi)層軌道的電子脫離原子，形成一個(gè)空位，使原子處于“激發(fā)態(tài)〞，這樣外層電子就會自動向內(nèi)層跳去，填補(bǔ)這個(gè)空位，從而發(fā)射出一定能量的X射線。由于它的波長和能量與原來照射的X射線不同，科學(xué)家將其稱為次級X射線，又叫X射線熒光。X射線熒光的波長往往取決于物質(zhì)中元素的種類，每一種元素，有其特定的X射線熒光的能量和波長，于是可以分辨出該物質(zhì)中所含元素的種類。同時(shí)，根據(jù)物質(zhì)被激發(fā)的X射線熒光的強(qiáng)度，能測出其中所含元素的含量。4.2.3.1.2Ｘ射線鑒定礦物方法的特點(diǎn)①不破壞樣品，不改變礦物種屬。在薄片鑒定中，由于磨片過程需要水，故有的鹽類礦物〔如食鹽〕溶解于水、有的與水起反響〔如鈣芒硝與水作用后生成石膏〕，這將導(dǎo)致對某些礦物鑒定不出來或?qū)ζ渥龀霾徽_的鑒定。而Ｘ射線衍射方法那么不存在這個(gè)問題。②對于同質(zhì)多象、類質(zhì)同象能做出較準(zhǔn)確的判斷如方石和方解石的化學(xué)成分均為CaCO3，這就是一種同質(zhì)多象。同用化學(xué)分析的方法是無法區(qū)分開它們的，而用衍射方法那么十分容易。當(dāng)方解石的主特征峰d(104)=3.03～3.04?變小時(shí)，例如變?yōu)?.02?、3.00?等，說明Ca2+被Fe2+或Mg2+無序取代了，這就是類質(zhì)同象問題。很明顯，我們可根據(jù)d(104)的變化對此做出判斷。③準(zhǔn)確、快速、可靠，對于常見的含量多的礦物，從制樣到圖譜解釋，一般一個(gè)小時(shí)即可解決問題。word文檔精品文檔分享24word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告④可用于多種礦物種系，這一點(diǎn)對分析地層中的粘土礦物十分重要。因?yàn)榇蠖鄶?shù)樣品都有三種、四種乃至五種粘土礦物存在。⑤制樣方法簡單，用于粘土礦物分析的定向片也是一種多用片，它既能進(jìn)展乙二醇飽和又可以進(jìn)展加熱處理，這對于定性、定量分析均十分重要。⑥其它，對于細(xì)粒度的粘土礦物及其它礦物，在礦物晶形發(fā)生很大變化甚至面目全非時(shí)，Ｘ射線方法是最有效的方法。對于伊利石/蒙皂石和綠泥石/蒙皂石兩類混層礦物的鑒定和混層比的計(jì)算問題，Ｘ射線分析也是最好的解決方法。4.2.3.1.3X射線衍射分析結(jié)果分別進(jìn)展了全巖分析和粘土礦物分析，將樣品粉碎、研磨至全部粒徑小于40μm，將粉末裝入鋁質(zhì)樣品框架20mm×18mm空框內(nèi)，垂直壓緊成型。然后上機(jī)測量X射線衍射峰值來定性分析礦物種類及其相對含量，計(jì)算按絕熱方程計(jì)算。粘土礦物通常是指粒徑小于2μm含水的層狀硅酸鹽礦物。X射線衍射分析中首先別離〔沉降法〕出小于2μm的粘土礦物，在玻璃片上〔40mm×25mm〕制備樣品，然后分別通過自然狀態(tài)〔室溫自然枯燥〕、乙二醇飽和狀態(tài)〔60℃，7.5h〕、加熱狀態(tài)〔450℃，2.5h〕，這三種狀態(tài)下X射線衍射峰值來定性分析各種粘土礦物種類及其相對含量。①實(shí)驗(yàn)儀器日本理學(xué)電機(jī)公司〔Rigaku〕生產(chǎn)的D/MAX2500射線衍射儀，如圖4-20所示。4-20D/MAX2500射線衍射儀②全巖礦物X射線衍射分析及粘土礦物X射線衍射分析結(jié)果巖樣礦物分析包括礦物種類含量分析和粘土礦物相對含量分析，峰值曲線如圖4-21(a)~(h)所示,含量結(jié)果見表4-2，4-3。word文檔精品文檔分享25word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告word文檔精品文檔分享[MFY1.ASC]330.0843.3=d25.0)20.0)SSPPCC((yyt15.0tiissnneettnnI0I10.0362.49=499d6505848374420558919488442725.0014002496.31..2704932.644217522.11=066..0..==.21..2d==.d.3333.2d274====3===dd==dd=ddddddddx10^310203040[M1n.asc][M1e.asc][M1t.asc]25.020.015.010.05.0x10^351015202530word文檔精品文檔分享(a)叉口后掘進(jìn)點(diǎn)處(全巖/粘土礦物X射線分析)word文檔精品文檔分享[MFY2.ASC]38430.03.3=d25.0)20.0)SSPPCC((yyttii15.0ssnneettn0nI1I610.02.4=9d04097923758753075449488398093.2315.094749772..5792722.0.651.5=247.02.d=.=1=...3.=2d2=d333=3==dd===d=dddddddx10^310203040[M2n.asc][M2e.asc][M2t.asc]20.015.010.05.0x10^351015202530word文檔精品文檔分享(b)距1點(diǎn)150米處(全巖/粘土礦物X射線分析)word文檔精品文檔分享[MFY3.ASC]6930.043.3=d25.0)20.0)SSPPCC(y(tyi15.0tsinsententI0nI510.062.4=20d4055720994861694675581099493542935.09869751406..3179437794.3222.6.652385=.013407..0..=.21.=...3=.22dd2==7.d4333=d3===dd=6=====ddd=dddddddx10^3d10203040[M3n.asc][M3e.asc][M3t.asc]20.015.010.05.0x10^351015202530word文檔精品文檔分享(c)掘進(jìn)面上采集最新(全巖/粘土礦物X射線分析)[M4n.asc][MFY4.ASC][M4e.asc]6[M4t.asc]25.0425.043.3=d20.020.07091).)=S3dSP15.015.0PC(C(yytits9isn1ne4t10.09.2ent10.0I63n5=I2d.4=09d22111527975.010857137893625118668137774154368225.0918565153115771.77037..1783089.522..7384.5.3354055284.38629=.94839997.=3228=6.=.===.....8.233=.1=dd=.4d3ddd3322.2=d..d1.d4==2222.2d========d2=2dddddd==d==ddddddddx10^3x10^31020304051015202530(d)距B點(diǎn)50m處(全巖/粘土礦物X射線分析)word文檔精品文檔分享26word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告word文檔精品文檔分享[MFY5.ASC]64430.03.3=d25.0)20.0)SSPPCC(y(tyits15.0sninetentI9nI610.052.4=7d731059772148851235885.01787342620443978396..31.6791375222..845.0.==.21176.32.d2=1.=..3=.2dd=7d333===d====d=dddx10^3ddddd10203040[M5n.asc][M5e.asc][M5t.asc]20.015.010.05.0x10^351015202530word文檔精品文檔分享(e)掘進(jìn)面25m到穿插口(全巖/粘土礦物X射線分析)word文檔精品文檔分享[MFY6.ASC]1743.3=d15.0))SSPPCy10.0((Ctyitsinsent01entI14n69I21..43==5.0969d469d348636249718258858944250283527243577524666488725004.0767.525.962463.93232311..08.63.439900.28.23..1089=443.=.582=326241104d=98==3d.987=.1=..9d..dd=22..dd.=2.=1=76.33d==2.2d=2d=dd==4=d=22=dd==d==d=dddddddddx10^310203040[M6n.asc][M6e.asc][M6t.asc]15.010.05.0x10^351015202530word文檔精品文檔分享第一穿插口處(全巖/粘土礦物X射線分析)[M7n.asc][MFY7.ASC][M7e.asc][M7t.asc]17430.035.03.3=dword文檔精品文檔分享30.0)25.0)S0SP4PC20.09C(1y(.yt93ti=s1i4dsn2ne.t3en15.0=tIdn9I8510.02.44763=626d32423281884558622785327731451546042773240118332377872905.9.36.16673027625.00.3706..54999505=282=212.7.4.9833.....88.433..=0=6.4..==33222..2d...d22d1d=4=33d====22=222===d=d==ddd====ddd==ddx10^3dddddddddd1020304025.020.015.010.05.0x10^351015202530word文檔精品文檔分享(g)掘進(jìn)面(頂板)(全巖/粘土礦物X射線分析)word文檔精品文檔分享[MFY8.ASC]1243.30.03=d25.0)6)S20.09SP1PC8C.(83=(y0dytti5is21nn15.04e.s=6etd3tn2nI.I310.0=d28249392041795315526090763309507576021682067762234859.5.001782.678487.13232038705535895525=...7.8..49.965=82.210769449.=33..2877.332.d==.d=d..=2.1.4=.3=32=...22=dd4d3=dd==d222=22d=====ddd===d==ddx10^3ddddddddd10203040[M8n.asc][M8e.asc][M8t.asc]20.015.010.05.0x10^351015202530word文檔精品文檔分享(h)掘進(jìn)面(兩幫)(全巖/粘土礦物X射線分析)圖4-21衍射分析結(jié)果word文檔精品文檔分享27word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告表4-2礦物X射線衍射分析結(jié)果礦物種類和含量/%粘土礦分析號取樣位置物總量石英鉀長石斜長石方解石菱鐵礦/%MFY14號穿插口36.90.91.41.43.855.6MFY2距1點(diǎn)150m43-1.31.35.448.7MFY3最新掘進(jìn)面42.41.03.91.14.347.3MFY4距B點(diǎn)50m31.510.423.4-2.632.1MFY5穿插口25m42.6-1.71.8548.9MFY6反向第一穿插口25.65.012.9-1.155.4MFY7掘進(jìn)面〔頂板〕42.220.724.4-1.311.4MFY8掘進(jìn)面〔兩幫〕50.613.222.2-1.312.7表4-3粘土礦物X射線衍射分析結(jié)果分析號取樣位置粘土礦物相對含量/%混層比/%SI/SIKCC/SI/SC/SMFY14號穿插口-96-4--30-MFY2距1點(diǎn)150m-97-3--30-MFY3最新掘進(jìn)面-91-9--30-MFY4距B點(diǎn)50m-4613365-30-MFY5穿插口25m-94-6--30-MFY6反向第一穿插口-9055--30-MFY7掘進(jìn)面〔頂板〕-3114523-30-MFY8掘進(jìn)面〔兩幫〕-2116594-30-word文檔精品文檔分享28word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告③結(jié)果分析本次的巖石試樣采自于榮華煤礦東主運(yùn)輸巷道工作面頂?shù)装寮皟蓭?，X射線衍射分析結(jié)果說明，不利于圍巖穩(wěn)定的因素有以下兩個(gè)：一是非晶質(zhì)含量高，二是粘土礦物含量較高，其中的強(qiáng)膨脹性礦物〔蒙脫石和I/S混層〕含量也較高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，榮華煤礦東主運(yùn)輸巷道工作面軌道巷圍巖的粘土礦物含量都較高，并且粘土礦物中以膨脹性較強(qiáng)的I/S混層為主，是典型的膨脹性軟巖。榮華煤礦東主運(yùn)輸巷道新掘地段粘土礦物含量到達(dá)礦物總量的96％，強(qiáng)膨脹礦物I/S混層占粘土礦物總量的百分比均為：30％?？傮w來看，巷道粘土含量高、軟巖的膨脹性強(qiáng)，此類巖石遇水極易引起軟化、崩解及膨脹等現(xiàn)象。強(qiáng)膨脹礦物I/S混層≥30％，凡I/S混層含量超過25％底臌現(xiàn)象開場加劇，榮華煤礦東主運(yùn)輸巷道圍巖是膨脹性較強(qiáng)的軟巖。4.2.3.2SEM掃描電鏡分析4.2.3.2.1掃描電鏡分析原理SEM(ScanningElectronMicroscope)掃描電子顯微鏡是利用具有一定能量的電子束轟擊固體樣品，使電子和樣品相互作用產(chǎn)生一系列有用信息，借助特殊的探測儀器分別進(jìn)展收集處理并成像的大型綜合分析儀器。鏡筒中的掃描線圈使電子束在樣品外表一個(gè)微小的區(qū)域內(nèi)作光柵狀掃描，電子束是在樣品外表逐點(diǎn)從左到右掃描，使樣品產(chǎn)生信息。電子束掃完一行后再掃下面一行，從左到右，從上到下完整地在一個(gè)微區(qū)內(nèi)掃一遍，然后再重復(fù)掃描。陰極射線管上掃描線圈也是使陰極射線管發(fā)射的電子束在熒光屏上逐點(diǎn)從左到右掃描，使熒光屏產(chǎn)生亮點(diǎn)。具體步驟與電子束在樣品上的掃描一樣。兩者掃描信號都是由掃描系統(tǒng)控制的，它們進(jìn)展同步掃描，即樣品上被掃描區(qū)域和熒光屏是點(diǎn)點(diǎn)對應(yīng)的，從樣品某一點(diǎn)激發(fā)出來的信息經(jīng)探測器放大處理后，調(diào)制熒光屏相應(yīng)點(diǎn)的亮度，按照從左到右，從上到下的順序?qū)悠飞闲畔⒁来卧跓晒馄辽铣尸F(xiàn)，形成樣品被分析區(qū)域的掃描電子像。陰極射線管的熒光屏尺寸是固定的，它和樣品被掃描區(qū)的比例就是掃描電子像的放大倍數(shù)，我們可以通過改變鏡筒中的掃描線圈的電流大小來改變電子束對樣品掃描區(qū)域的尺寸，從而實(shí)現(xiàn)改變放大倍數(shù)。4.2.3.2.2SEM分析的特點(diǎn)掃描電鏡與光學(xué)顯微鏡及其它類型的電子顯微鏡相比較具有下述特點(diǎn)：①樣品制備簡單，能夠直接觀察樣品原始外表，原那么上講任何固體樣品只要能放進(jìn)樣品室就可以進(jìn)展觀察分析。②樣品消耗少，損傷小，污染輕。③能觀察大樣品、原始樣品、樣品自由度大。樣品在樣品室中活動空間大，可以在三維空間、六個(gè)自由度運(yùn)動，這就為觀察不規(guī)那么樣品各個(gè)區(qū)域的細(xì)節(jié)帶來了很大便利，觀察樣品的視場更大。④景深大，掃描電子像的立體感強(qiáng)。⑤掃描電鏡的放大X圍可以從10倍到20萬倍，而且連續(xù)可調(diào)。⑥對樣品進(jìn)展處理如加熱、冷卻、彎曲、延伸的同時(shí)可在掃描電鏡下觀察其word文檔精品文檔分享29word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告動態(tài)變化并加以研究。⑦能對樣品外表進(jìn)展各種信息的綜合分析。最常用的是把微區(qū)形貌分析和微區(qū)成分分析、微區(qū)晶體分析結(jié)合起來進(jìn)展綜合分析。4.2.3.2.3SEM分析結(jié)果①實(shí)驗(yàn)儀器掃描電鏡采用捷克Tescan公司VegaⅡ-LMU可變真空掃描電子顯微鏡及能譜分析儀〔如圖4-22所示〕。圖4-22VEGAⅡ-LMU掃描電子顯微鏡②礦物特征不同礦物掃描電鏡下形態(tài)不同，主要粘土礦物形態(tài)見表4-4。③結(jié)果分析SEM分析結(jié)果說明：含有粘土礦物的巖石，其蒙脫石或者I/S混層礦物在巖石中具有定向構(gòu)造，多呈片狀分布〔如圖5-8所示〕。長石等礦物外表有大量溶蝕孔洞，有的孔洞被伊利石、高嶺石、黃鐵礦等充填。微裂隙較發(fā)育，而且大局部連通性較好，有的裂隙夾有長石晶體等充填物。通過以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析，可以對東主運(yùn)輸巷道圍巖的礦物成分和微觀構(gòu)造有一個(gè)全面的認(rèn)識，據(jù)此可初步確定圍巖的類型，并為進(jìn)一步確定圍巖變形力學(xué)機(jī)制和研究巷道支護(hù)對策提供依據(jù)。word文檔精品文檔分享30word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告表4-4主要粘土礦物在掃描電鏡下的特征粘土礦物代表礦物化學(xué)分子式集合體形態(tài)高嶺石族高嶺石、地Al4(Si4O10)(OH)8書頁狀、蠕蟲狀、手風(fēng)開石等琴狀埃洛石族埃洛石Al44108細(xì)微的棒狀集合體(SiO)(OH)蒙脫石族蒙脫石、囊241022皺成鱗片狀、蜂窩狀、脫石(Al、Mg)(SiO)(OH)·4HO絮狀集合體伊利石族伊利石、海KAl2(OH)[AlSi3(O,OH)10]薄片狀、碎片狀、羽毛綠石狀集合體綠泥石族各種綠泥石Fe、Mg、Al的層狀硅酸鹽含(OH)薄片狀、鱗片狀集合體根海泡石族山軟木等MgAl24102·2·2O絲狀、纖維狀集合體[SiO](OH)4HOnH第一組叉口后掘進(jìn)點(diǎn)處巖石掃描圖片全貌，樣品較疏松，粒間孔隙20－60um粒間六方板狀高嶺石〔粘土礦物〕粒間片狀絲狀 I/S混層及自生石英晶體粒表自生石英晶體，及片絲狀I(lǐng)/S混層word文檔精品文檔分享31word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告第2組從1點(diǎn)至此為約150m處巖石掃描照片全貌，樣品較疏松，粒間孔隙10－40um粒間高嶺石呈片狀集合體粒表蜂窩狀I(lǐng)/S混層粒表自生石英晶體，及片絲狀I(lǐng)/S混層第3組掘進(jìn)面上采集最新巖石掃描照片全貌，樣品較致密，粒間孔隙10-20um粒表I/S混層包覆顆粒word文檔精品文檔分享32word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告粒間立方狀菱鐵礦及片狀、蜂窩狀I(lǐng)/S混層粒間片狀絲狀I(lǐng)/S混層第4組距B點(diǎn)約50m處巖石掃描圖片全貌，樣品較致密，粒間孔隙10-30um粒表自生長石晶體，及片狀伊利石粒間板狀高嶺石、蜂窩狀I(lǐng)/S混層、自生長石晶體粒間板狀高嶺石及片絮狀I(lǐng)/S混層word文檔精品文檔分享33word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告第5組200m左右,掘進(jìn)面約25米到穿插口處巖石掃描圖片全貌，樣品較疏松，粒間孔隙20-40um粒間蜂窩狀I(lǐng)/S混層及板狀高嶺石粒間板片狀高嶺石集合體粒表片絮狀I(lǐng)/S混層和自生石英晶體第6組與東主運(yùn)反方向第一穿插口處,巖石掃描圖片全貌，樣品較致密，粒間孔隙10-30um〔300倍〕粒間片狀伊利石〔5100倍〕word文檔精品文檔分享34word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告粒間片絮狀I(lǐng)/S混層及長石淋濾〔2590倍〕粒間鈉長石晶體，及片絮狀I(lǐng)/S混層〔2590倍〕第7組東主運(yùn)前端掘進(jìn)面(頂板)巖石掃描照片全貌，樣品較疏松，粒間孔隙50-200um粒間疊片狀高嶺石及自生石英晶體，長石淋濾石英加大Ⅲ級及粒表絲狀伊利石粒間疊片狀高嶺石與片絮狀I(lǐng)/S混層共生word文檔精品文檔分享35word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告第8組東主運(yùn)前端掘進(jìn)面(兩幫)處巖石掃描照片全貌，樣品較疏松，粒間孔隙50-150um石英加大Ⅲ級堵賽孔隙粒間孔喉中大量蠕蟲狀高嶺石粒間片狀伊利石及菱形菱鐵礦高嶺石晶間絲片狀 I/S混層粒間絲狀伊利石及粒表自生石英晶體word文檔精品文檔分享36word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告4.2.4數(shù)值模擬分析數(shù)值模擬計(jì)算運(yùn)用通用有限元程序ANSYS與有限差分軟件FLAC3D進(jìn)行。地質(zhì)模型均為三維實(shí)體模型，參考東主運(yùn)輸巷道X射線衍射分析及SEM分析結(jié)果，以巖石單軸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為參數(shù)。4.2.4.1模型建立(1)計(jì)算X圍選取根據(jù)所研究的榮華煤礦東主運(yùn)輸巷道地層深度和地質(zhì)情況及巷道分布、斷面大小計(jì)算得出，模型尺寸400M×36M×60M。(2)計(jì)算荷載和約束條件的選取依據(jù)巷道所處的深度，模型頂部應(yīng)力為上覆巖層的重力，大小為：ijhj1.7e7MPazij1式中j，hj分別為自地面向下第j層地層的巖石密度、地層厚度。重力加速度9.8m/s2，水平應(yīng)力為5.1MPa。兩側(cè)面限制水平位移及自由度，底面限制水平、垂直位移及自由度。(3)計(jì)算模式的選取地層采用MOHR-COULOMB材料模式，錨桿、錨索采用CABLE構(gòu)造單元模擬，鋼筋網(wǎng)用SHELL薄殼單元模擬，初砌和二砌混凝土均由ZONE單元模擬。根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場施工順序：先噴射混凝土50mm，然后掛鋼筋網(wǎng)，打錨桿錨索，再噴射混凝土100mm。模型中，ElasticBulkModulus(K)由公式：EK求得。3 (1 2)ElasticShearModulus(G)由公式：GE求得利用有限差分軟件FLAC3D計(jì)算〔如圖5-11所示〕，采用2 (1)Mohr-Coulomb模型，巷道開挖深度650m，單元總數(shù)：168092個(gè)。巖層傾角20°，巷道全長400m，共穿過不同地層9層，各層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見表4-5，4-6。word文檔精品文檔分享37word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告表4-5巖層的物理力學(xué)參數(shù)序號巖性厚度彈性模量泊松比粘聚力內(nèi)摩擦角密度/m/GPa//MPa/o/kgm-31粗砂巖-8.2670.241.283525402中粗砂巖7.94.6350.251.134625003粉砂巖69.0270.231.113625204凝灰砂巖0.86.0480.251.024125005粉細(xì)砂巖10.75.5230.231.133725206粗砂巖7.454.2730.221.013521007中細(xì)砂巖8.95.8160.292.123925208凝灰砂巖4.88.2560.242.114323109凝灰?guī)r-7.6230.283.05382660表4-6錨桿、混凝土支護(hù)參數(shù)工程彈性模量直徑泊松比單元類型/GPa/mm/錨桿200180.3Cable錨索98.6200.3CableC15噴混15厚度)0.22Shell150(word文檔精品文檔分享38word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告模擬過程中對巷道進(jìn)展了選點(diǎn)位移監(jiān)測，為方便觀察，將模型進(jìn)展切塊處理，截取斷面7處，截取厚度10m，各監(jiān)測點(diǎn)均為多節(jié)點(diǎn)跟蹤〔每點(diǎn)周圍跟蹤6～9個(gè)節(jié)點(diǎn)〕取其平均值，如圖4-23所示。圖4-23各分塊模型及監(jiān)測區(qū)點(diǎn)word文檔精品文檔分享39word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告4.2.4.2設(shè)計(jì)方案通過前面的X射線衍射分析及SEM分析可知，榮華煤礦東主運(yùn)輸巷道為I/S含量為30%的高膨脹性軟巖，在未遇水之前，試件單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)50MPa以上，因此總體方案的設(shè)計(jì)前提是迅速噴漿防水，并根據(jù)東主運(yùn)輸巷道實(shí)地情況分析，結(jié)合其他地段支護(hù)經(jīng)歷，針對東主運(yùn)輸巷道分別模擬以下7種支護(hù)形式，見表4-7。表4-7支護(hù)形式編號支護(hù)簡圖支護(hù)參數(shù)/mm6根錨桿，7根錨索，間排距ND1800×800，錨桿長度2000，錨索長6000，混凝土噴層厚度150。13根錨索，間排距800×800，錨索ND2長6000，混凝土噴層厚度150。6根錨桿，7根錨索，間排距YD1800×800，錨桿長度2000，錨索長6000，反底拱高300，混凝土噴層厚度150。6根錨桿，9根錨索，間排距YD2800×800，錨桿長度2000，錨索長6000，反底拱高300，混凝土噴層厚度150。word文檔精品文檔分享40word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告編號巷道支護(hù)形式支護(hù)參數(shù)/mm15根錨索，間排距800×800，錨索YD3長6000，反底拱高300，混凝土噴層厚度150。6根錨桿，9根錨索，間排距800×800，錨桿長度2000，錨索長6000，YD4反底拱采用桁架直拱構(gòu)造，材料為礦用熱軋29U型鋼連接，混凝土噴層厚度150。13根錨索，間排距800×800，錨索長6000，底拱高300，反底拱采用桁架直拱構(gòu)造，材料為礦用熱軋29U型鋼連接，混凝土噴層厚度150。YD513根錨索，間排距800×800，錨索長6000，反底拱高750，反底拱采用桁架雙拱構(gòu)造，材料為礦用熱軋29U型鋼連接，混凝土噴層厚度150。word文檔精品文檔分享41word文檔精品文檔分享榮華工程結(jié)題報(bào)告4.2.4.3模擬結(jié)果首先求解初始地應(yīng)力平衡，每5m進(jìn)展開挖支護(hù)，從其中一組結(jié)果可以看出在施加錨索支護(hù)后，塑性區(qū)明顯向巷道深部圍巖延伸、擴(kuò)X，應(yīng)力集中區(qū)域相對減小，在巷道圍巖深部錨索頂端出現(xiàn)拉應(yīng)力集中區(qū)，如圖4-24所示