基于围岩水理条件下的软岩巷道变形

发布时间：2020-08-07 08:26

【摘要】：上海庙矿区的煤炭资源储量丰富,资源埋深大,开采条件复杂,深部软岩巷道的大变形灾害已经成为阻碍开采深部煤炭资源的重要技术难题。结合国内外对软岩巷道的工程实践经验,高应力作用和软岩自身的水理特性将是影响巷道复合变形的关键因素。本文主要运用相似材料模拟的方法对上海庙矿区鹰骏一矿的运输巷变形进行研究,之后,对比理论计算结果和相似模拟结果,进行对比分析和互相验证,进而得出基于围岩水理条件下,软岩巷道变形的规律。通过对岩层中岩石成分的分析得出上海庙矿区煤层顶底板以砂岩、砂质泥岩为主,并且其黏土物质含量较高,在不遇到水的情况下表现出坚硬岩石的特性,而在和水接触后迅速崩解泥化。通过对岩层吸水膨胀的研究,得出水除了对岩层有力学作用以外,由于岩石内部有亲水矿物质,以及岩石的均结构和胶结程度等因素的影响,导致岩石遇水后出现了软化作用。在数值计算过程中,得到在不考虑软岩加速蠕变的情况下,巷道变形随时间变化的的关系以及不同含水条件下巷道的位移量。通过实际工程中的经验,得出经过30天,围岩蠕变进入稳定状态。当表面含水率达到饱和时,巷道对应的最大变形量为622mm。通过相似模拟对巷道顶板进行蠕变研究,得出载荷大小对巷道的蠕变作用起很大的影响,载荷的大小决定了巷道变形的快慢与破坏程度。另一方面对于上海庙矿区的这类软岩来说,含水率的大小也决定了巷道变形的快慢与快慢程度。通过对比实验得出,含水率的大小对软岩巷道的的影响比载荷大小要更强一些。通过对首采工作面进行相似模拟实验得出,软岩吸水后表现出类似泥土的性质。在巷道变形过程中顶板岩层变形最快,顶板上层岩层受顶板破坏的影响和控制影响较小,随着开挖时间的增长,顶板以上的岩层随着顶板同步变形,并且顶板上层岩石最终变现出相同的变形情况。巷道在第12天出现垮落前的最大形变,巷道位移最大为1.34m。与实际生产相对比,巷道由于支护作用,巷道变形量与实验有一定差值,但是围岩顶板随时间的变化情况基本符合。故而本文所研究的规律能够为矿井相似条件工作面的开采提供理论支持。
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD353;TD322
【图文】：

软岩,界限,力学,含水量

体积又开始收缩直至不能再收缩(收缩停止)，软岩呈固体态（岩粒中只含强结合水），其相应点的含水量成为“收缩界限 Wt”（图 1.1）。图1.1 软岩力学形态含水量界限图

全应力应变曲线,全应力应变曲线,单轴压缩

图 2.1 岩石的单轴压缩全应力应变曲线不稳定的破裂发展阶段(CD 段)：进入本阶段后，微小的破裂发展出现，由于应力集中效应的显著，在使轴向应力的不变情况下，破裂会以不薄弱环节由此依次破坏。当应力接近峰值的强度 80％时，随着轴向应内部裂隙数量，随轴向应力的提高而急剧增加，在应力曲线上表现为应是，曲线增加的速度明显减缓。此时，体积变压缩为膨胀，轴应变速率加速增大。在此阶段，微小破裂，在空间分布上出现应变局部化，此时化。微破裂的扩展是一个自发进行的过程，系统离平衡比较远，一方面收能量，在另一方面，岩石内破裂发展释放能量(以声能、热能形式等态也随时间变化而变化(变形速率增大、膨胀)，这是一种离平衡较远而此过程中，系统处于一种非平衡的状态，但是由于岩石的变形是应变的系统的变形将是稳定的。在此阶段如果考虑时间因素，由于流变效应和件也可能失稳，在此阶段则形成耗散结构[15]。

岩样,名称,岩石,埋深

通过钻孔取得部分岩样，岩样埋深与名称如下表所示：下图为采样样品：图2.2 岩石采样样品通过钻孔取得部分岩样，岩样埋深与名称如下表所示：表2.2 岩石采样表编号采样深度/m 岩性1 103.21～148.81 粉砂岩2 928.71～400.31 细砂岩3 577.02～579

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