一种含夹层盐岩模型材料的试验研究

以江苏金坛盐矿天然含夹层盐岩为原型,采用天然盐粉、精制石英砂、松香和酒精等作原料,根据相似原理,经过多次配比试验,研制出一种含夹层盐岩相似材料,其密度、泊松比、弹性模量、抗压强度等物理力学参数基本满足相似理论设定参数,其变形特征和破坏特性也与天然含夹层盐岩相似。试验结果表明：压制力增大,含夹层盐岩模型材料的力学强度越高;含水率和夹层厚度增加,将弱化其力学强度;夹层总厚度相同时,夹层数目多的模型材料比夹层数目少的力学强度略高。     

深井大断面软岩巷道围岩破坏机理与支护研究

根据滕东煤矿深部开采的地质条件,针对深部大断面巷道围岩变形破坏特征,通过现场观测和理论分析,深入研究了软岩巷道变形破坏机理;高地应力、低强度岩体、复杂的地质构造、支护体力学特性与围岩力学特性不耦合,支护时机不合理,是造成巷道持续性大变形与失稳的主要原因。为此,提出了深部软岩巷道支护原则和超前卸压与支护+锚网喷+高强鸟巢锚索+注浆加固联合支护方案。现场巷道位移监测结果表明,该方案可有效控制深部大断面巷道大变形。     

深部花岗岩物理力学参数随赋存深度变化的变异性试验

为研究深部花岗岩物理力学参数随赋存深度变化的变异性,通过对某金矿19～1 320 m深度水平的花岗岩岩样的岩石参数(单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、天然重度等)统计分析,结果发现,岩石参数变异系数大小顺序为：弹性模量>单轴抗压强度>黏聚力>泊松比>内摩擦角>天然重度;单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角、天然重度随着深度增加有线性增大趋势,而泊松比随深度增加有线性减小趋势;根据地质统计学的变异函数,拟合出岩石参数最优模型,分析了岩石参数的空间变异性质,天然重度在赋存深度尺度内变异性小,而弹性模量和单轴抗压强度变异性较大。以岩石试验为基础,对不同赋存深度的岩石物理力学性质进行分析,揭示了岩石参数随赋存深度变化的规律及变异性,对深部开采有一定参考意义。     

人工冻结黏土经验模型参数确定及蠕变规律验证

人工冻结法不仅常用于软土、砂层中地铁旁通道开挖及基坑围护等工程,在富水、深厚岩土层矿山井筒建设中也常采用此方法。掌握人工冻土物理力学性质及蠕变规律对安全、快速施工至关重要。对采用冻结法施工的某矿立井深部地层黏土进行-5、-8、-10、-15℃下单轴抗压强度试验及不同应力水平的蠕变特性试验。试验结果表明:抗压强度与冻结温度呈线性相关;在同一试验温度下,随着应力等级升高,轴向变形呈上升趋势;在同一应力水平下,随着试验环境温度下降,轴向变形呈下降趋势。引入考虑温度效应的经验蠕变模型,在各负温及不同应力水平下的应变与时间取对数具有线性关系的基础上,将线性表达式代入对应公式中联立方程组进行求解确定模型参数。将模型计算值与试验数据进行对比,反映出该模型能够较好地模拟人工冻结黏土蠕变初始变形阶段和稳定变形阶段。所建立的模型具有参数较少、易于确定、参数物理意义明确等优点,为冻结壁设计提供了一种有效的计算方法。     

开滦膨胀软岩巷道变形机理及控制对策

针对开滦矿区深部高应力下膨胀性泥质软岩巷道变形失稳的工程问题，应用X衍射、扫描电镜、单轴和常规三轴抗压试验等方法，测试分析了典型区域巷道膨胀性软岩的矿物成分、微观结构和物理力学特性，发现微观裂隙发育是围岩易吸水膨胀的主要原因，不同围压下主导围岩失稳的方式有拉破坏和剪破坏两种，采用传统锚固和架棚的支护方式不能有效发挥支护的承载效能，提出的多层次锚固注浆和底角卸压方案可将让压、支护和围岩改性协同起来，在高应力水解膨胀软岩中取得了较好的支护效果，为同类巷道的安全支护提供了范例和借鉴。     

化学腐蚀下深部巷道高强围岩力学性能的实验研究

深部巷道复杂的地质条件是影响巷道围岩力学性能及其稳定性的重要因素.文章模拟深部巷道复杂的地下环境,配制了不同离子浓度和酸碱度的化学溶液,将岩样放置在上述溶液中浸泡,然后开展高强岩石的轴压实验.实验得到不同条件下的岩石强度和基本力学参数.实验结果表明,水浸泡、中性盐和碱性溶液对高强岩石的力学性能影响不大,而酸性环境对岩石的强度影响较大.另外,酸性越强,影响越明显;浸泡时间越长,影响越明显.     

“三软”煤层巷道围岩变形破坏机理分析

从沉积岩石学和工程地质力学的观点出发，以显德汪矿的软岩巷道为研究对象，进行了大量岩石物理力学性质试验，深入研究了岩石物化、水理性质，探讨了地应力对软岩巷道的控制作用，得出了软岩巷道变形破坏力学机制的新认识。     

动压软岩巷道围岩变形特征及综合治理实践

随着煤炭资源的不断开发,软岩巷道的支护问题也严重影响了煤矿企业的安全生产。针对某矿一采区轨道上山软岩、动压的复合型工程特点,从测试段巷道围岩岩性及物理力学性能、巷道围岩位移发展的时间效应特征、采动影响后巷道围岩松动圈特征入手,分析了测试段巷道围岩失稳破坏的原因。研究认为:改善巷道围岩的力学性能,提高围岩的自承载能力,同时提高支护体系强度,使得围岩和支护相互协调,起到共同承载的效果,是治理动压软岩巷道围岩稳定的有效途径之一。提出了锚网喷+锚索+底板锚杆+全断面注浆联合支护技术,通过对支护参数的优化,进行了现场的工业性试验,试验结果表明,测试段巷道受采动影响后,巷道围岩变形较小且趋于稳定的时间短,围岩破碎范围较小,巷道返修率低。     

某矿山矿石爆破相似试验模型强度力学测试分析

某矿山采用无底柱分段崩落法,中深孔爆破,矿体节理裂隙发育,矿石物理力学性质比较复杂,矿石爆破相似试验模型材料的强度难以确定。因此,本文根据相似理论针对矿石进行相似性分析,并设置三组不同配比的模型试件进行力学测试,通过对模型试件的测试结果进行数据处理得到三组试件的σ-ε曲线图,分析三组试件的破坏形式,计算出三组试件的物理力学参数,并结合相似理论对矿石物理力学性质分析的理论值,最终得到满足矿石爆破相似试验的模型强度。     

深部软岩巷道冲击地压变形破坏机理分析

分析了软岩的基本特征及力学特性,对深部软岩巷道的冲击地压变形破坏机理进行了分析研究。利用RFPA数值模拟软件对深部具有冲击地压危险的软岩巷道的变形、破坏发展规律和运动机理进行了模拟。分析结果表明:软岩巷道周围裂隙的变形、扩展、破坏及其次生裂隙的产生、扩展和发育情况同数值模拟基本相吻合。     

西部典型矿区弱胶结地层岩石的物理力学性能特征

西部矿区弱胶结岩层与中东部矿区岩层力学性能之间的差别认识不清是导致西部矿区开采过程中灾害性事故频发的根本原因。通过现场调研、理论分析、实验室实验等方法,研究了我国煤矿区弱胶结地层地域分布规律,选取新疆矿区大井南一井和苇子沟矿、鄂尔多斯矿区的营盘壕矿、大海则矿、陶忽图矿、高头窑矿等6对典型矿井岩石物理力学数据,分析了密度、孔隙率、含水率、弹性模量、抗压强度、抗拉强度、黏聚力、内摩擦角、泊松比等参数随埋深变化规律。现场采集了红庆河煤矿的砂质泥岩进行了崩解实验。研究结果表明:弱胶结地层主要分布在我国的新疆地区、鄂尔多斯盆地矿区、蒙东矿区,岩石成岩不充分,岩石强度普遍偏低,具有明显的松、散、弱的特性;西部矿区岩性主要为砂岩、砂质泥岩及泥岩,胶结物大多为泥质;岩石密度与埋深呈正相关,随埋深增加呈线性递增,岩石孔隙率、含水率与埋深呈负相关;岩石的弹性模量、抗压强度、抗拉强度、黏聚力随埋深增加具有一定的线性递增关系;岩石的泊松比、内摩擦角与埋深无明显的相关性;实验发现弱胶结岩石遇水后具有强烈的崩解性,循环次数越多,崩解后的粒径越小越均匀,弱胶结岩石的强崩解性是导致西部矿区采场导水裂隙带高度增大的主要因素;弱胶结岩石强度普遍低于中东部同类岩石强度;建立岩石物理力学性能集合可进一步明确中西部岩石间差别。     

模拟煤体的相似材料试验研究

文对模拟煤体或软岩的相似材料配比进行了试验研究,分析了砂胶比、水固比等因素对相似材料模型物理力学性能的影响规律,并确定了不同抗压强度的相似材料的配比方案。     

深埋高应力软岩巷道变形的相似材料模拟研究

根据相似理论及巷道围岩所处的地质条件,建立深埋高应力软岩巷道的相似材料模型,对深埋高应力软岩巷道的变形规律及破坏特点进行了相似材料模拟试验研究,并测量顶底板变形量和两帮相对变形量以及深部围岩的变形量。得出了深埋高应力条件下巷道围岩的变形规律,并在试验的基础上对围岩的变形原因进行了探讨。     

模拟煤体的相似材料配比试验研究

对模拟煤体或软岩的相似材料配比进行了试验研究,分析了砂胶比、水固比等因素对相似材料模型的物理力学性能的影响规律,并确定了不同抗压强度的相似材料的配比方案。     

深井软岩巷道围岩变形特征及支护参数的确定

根据马路坪矿巷道围岩主要物理、力学性质的实验室测试以及现场围岩变形的监测结果,探讨了深部软岩巷道围岩变形破坏特征.借助FLAC^3D进行数值模拟计算,分析了巷道开挖后和原支护形式下围岩破碎区、塑性区范围和应力位移分布状况;并通过数值模拟优化了支护参数,确定了二次支护时间,提出了用短锚杆或铆钉取代管缝式锚杆挂网、采用底角锚杆对巷道底板进行加固的技术方案.工业试验结果表明,该方案对深部巷道围岩变形的控制效果良好.     

基于BP网络的深部软岩巷道围岩力学参数反演研究

为探索高地应力下深部软岩巷道围岩应力场及位移场的分布情况, 建立了简化的应变软化模型, 分析了此模型的关键参数; 采用均匀设计法设计了数值计算中待分析的参数方案, 且将各方案参数代入FLAC^3D软件中进行了数值仿真分析; 再将各工况下监测点计算的相对位移与岩体力学参数代入BP网络进行训练、学习, 并将监测点位移相对监值输入训练的BP网络, 获得参数反演值。以淮南矿业集团顾桥煤矿轨道巷为工程背景, 进行了巷道深部位移监测, 根据监测结果反演了简化应变软化模型的关键参数, 经正分析对比验证了力学参数反演结果的准确度、可靠性, 反演结果为后续工程数值计算奠定了基础。     

软岩试件非线性蠕变特征及参数反演

根据深部软岩室内三轴剪切和单试件分级加载蠕变试验结果,采用岩石蠕变力学元件模型和经验本构相结合的方法,获得描述岩石非线性蠕变本构模型。利用现场实测数据对软岩巷道开挖过程进行了参数反演,获得了和试验相一致的软岩本构力学模型参数,反演结果验证了该模型的可行性。     

基于注浆试验的深井软岩CT分析

深井注浆围岩内部结构复杂而隐蔽,目前尚缺乏对其强度等特性定量测试分析的有效方法,通过三轴压力相似模型试验,制作了高应力深井破坏软岩等效试件,采用优化的浆液配比和自主研发的MYZJ-2型实验室液压注浆系统对破坏软岩进行了实验室注浆试验,测试注浆后试件单轴抗压强度,利用CT扫描技术对注浆试件裂隙变化情况进行了观测研究,并分析了试件内部裂隙分形维数变化规律。研究结果表明,采用水灰比1∶0.6,膨润土比例为水泥重量4%的超细水泥浆液对等效破坏泥岩试件注浆加固后,试件承载能力得到一定程度恢复,且峰后残余强度较注浆前提高约40%,韧性能力提高,试件内部裂隙基本被浆液填充,裂隙分形维数由注浆前1.385减小到注浆后1.074,注浆效果较好。     

基于正交设计的模型试验相似材料的配比试验研究

在前人相似材料研究的基础上,应用正交设计方法,以（铁粉+重晶石粉）/骨料、铁粉/（铁粉+重晶石粉）、黏结剂浓度、石膏含量为4个因素,每个因素设置5个水平,设计了25组材料配比方案,进行了称重、单轴压缩、劈裂和直剪试验,获得了不同配比相似材料的密度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力等物理力学性质指标。试验结果表明：不同配比相似材料的物理力学参数分布的范围较大,能够满足不同性质岩体模型试验对岩体相似材料的要求;采用极差分析法分析了各因素的敏感性,发现（铁粉+重晶石粉）/骨料对试件密度、内摩擦角起主要控制作用,黏结剂浓度对试件的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、黏聚力起主要控制作用;并作出了各因素对相似材料物理力学参数影响的直观分析图,分析了各因素对相似材料参数的影响规律。     

复杂地质条件下预应力注浆锚索全长锚固技术研究与应用

随着煤矿开采深度的不断加大,深部支护的矛盾逐渐突出。针对平煤矿区某矿-700 m高位瓦斯巷掘进支护过程中随着地应力的不断增大、施工中支护难度加大的实际问题,采用不同的注浆材料可以改变岩土结构及力学性质的理论方法,进行了注浆锚索锚注支护机理及施工工艺的研究,并通过采取“注浆＋中空注浆锚索联合支护”施工技术,解决了深部软岩掘进巷道缩帮、缩顶、蠕动变形的技术难题,有效提高了深部围岩的抗压强度和自承能力,从而改善巷道的区域稳定特性。实践证明,采用锚注支护,可以有效控制软岩巷道深部围岩的变形与破坏,增强巷道的稳定性,取得了良好的支护效果,改善了现场支护环境,为同类工程施工提供了技术借鉴。