[發(fā)明專利]基于深部不同巖性巷道復(fù)合承載體梯次支護(hù)的試驗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810303901.6
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108827674B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭瑞;朱建明;歐陽振華;趙啟峰;陳莞陽;王一哲;王柳茜;方媚齡;譚林斌;姜士源;董秋琪;鄒文棟
• 申請（專利權(quán)）人: 華北科技學(xué)院
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 合肥維可專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34135
• 代理人: 吳明華

本發(fā)明公開了基于深部不同巖性巷道復(fù)合承載體梯次支護(hù)的試驗方法，采用平面應(yīng)力加載實驗裝置，所述平面應(yīng)力加載實驗裝置包括平面模型架、法蘭盤、千斤頂和支板，設(shè)置的平面應(yīng)力加載實驗裝置組裝方便，很好的模擬了高水平應(yīng)力加載條件下，軟巖直墻、硬巖直墻內(nèi)半圓拱巷道的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)性破裂發(fā)展規(guī)律。且基于深部不同巖性巷道復(fù)合承載體梯次支護(hù)的試驗方法采用無支護(hù)實驗方法和有支護(hù)實驗方法，且無支護(hù)實驗方法和有支護(hù)實驗方法驗證了高水平應(yīng)力下分層支護(hù)半圓拱巷道的承載特征和結(jié)構(gòu)性破裂發(fā)展規(guī)律。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦業(yè)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于深部不同巖性巷道復(fù)合承載體梯次支護(hù)的試驗方法。

背景技術(shù)

我國煤礦已經(jīng)進(jìn)入深部開采階段，雖然很多深部礦井選擇在巖性強(qiáng)度較大區(qū)域開挖巷道，但隨著而來的圍巖變形失穩(wěn)嚴(yán)重、支護(hù)失效等問題不斷出現(xiàn)。如何掌握深部巷道變形失穩(wěn)機(jī)理、控制破碎圍巖穩(wěn)定性，成為巖石力學(xué)研究領(lǐng)域的重點和難點問題之一。早在20世紀(jì)初就出現(xiàn)了太沙基理論和普氏壓力拱理論，認(rèn)為覆巖塌落拱內(nèi)的松動巖體重量為作用在“圍巖-支護(hù)”結(jié)構(gòu)上的力。1934年新奧法主要創(chuàng)始人L.V.拉布采維茨，認(rèn)為充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用，讓支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖體形成承載環(huán)，而圍巖自承能力成為承載環(huán)穩(wěn)定性的決定因素。隨著研究深入，越來越多的學(xué)者認(rèn)為圍巖發(fā)揮自身承載，在巷道穩(wěn)定性維護(hù)中顯得越來越重要，而支護(hù)只能承擔(dān)較小部分壓力，主要作用是調(diào)動圍巖自身承載能力。

在巖石力學(xué)與工程研究中，巖石剪切破壞是較為認(rèn)可的一種巷道破壞方式，綜合考慮圍巖等效剪應(yīng)力τrθ和剪切屈服應(yīng)力τs，提出依據(jù)圍巖剪應(yīng)力集中區(qū)域劃分圍巖“關(guān)鍵支承層”的力學(xué)承載范圍。于是，可知圍巖“關(guān)鍵支承層”的穩(wěn)定性與否，關(guān)系著整個圍巖支承層平衡與否，需要“錨注”支護(hù)加強(qiáng)該“關(guān)鍵支承層”的圍巖抗剪強(qiáng)度，以防發(fā)生剪切滑移破壞。

為此，我們提出基于深部不同巖性巷道復(fù)合承載體梯次支護(hù)的試驗方法，用來掌握深部巷道耦合承載體失穩(wěn)機(jī)理，，使得巖石力學(xué)與工程研究更具有工程應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供基于深部不同巖性巷道復(fù)合承載體梯次支護(hù)的試驗方法，包括1)無支護(hù)實驗方法，2)有支護(hù)實驗方法，驗證了高水平應(yīng)力下分層支護(hù)半圓拱巷道的承載特征和結(jié)構(gòu)性破裂發(fā)展規(guī)律。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的基于深部不同巖性巷道復(fù)合承載體梯次支護(hù)的試驗方法，采用平面應(yīng)力加載實驗裝置，所述平面應(yīng)力加載實驗裝置包括平面模型架、法蘭盤、千斤頂和支板，所述千斤頂?shù)臄?shù)量不少于六個，且千斤頂?shù)囊欢司c法蘭盤的一端中部固定連接，所述法蘭盤通過高強(qiáng)度螺栓固定在平面模型架的上端和兩個支板的一側(cè)；

所述基于深部不同巖性巷道復(fù)合承載體梯次支護(hù)的試驗方法包括以下步驟：1)無支護(hù)實驗方法，2)有支護(hù)實驗方法；

在1)無支護(hù)實驗方法中：

a.將軟巖直墻1放置到所述平面應(yīng)力加載實驗裝置內(nèi)，軟巖直墻的中部貫穿設(shè)有半圓拱巷道，形成軟巖巷道模擬實驗臺，該半圓拱巷道為無支護(hù)結(jié)構(gòu)；

b.均勻應(yīng)力場中：待各條測線布設(shè)完成后，啟動千斤頂，使得水平、垂直方向的千斤頂向軟巖直墻加載壓力；

c.待圍巖穩(wěn)定時，由底拱腳測線的應(yīng)變片，收集測點的環(huán)向和徑向應(yīng)變量，接著根據(jù)模擬中軟巖直墻的彈性模量，獲得模擬的環(huán)向和徑向應(yīng)力，再根據(jù)相似比例獲得真實的環(huán)向和徑向應(yīng)力，計算出該點等效剪應(yīng)力；

d.側(cè)壓系數(shù)為1.5的非均勻場中：啟動千斤頂，使得水平、垂直方向的千斤頂向軟巖直墻加載壓力，其他實驗條件同上，獲得真實的環(huán)向、徑向應(yīng)力和等效剪應(yīng)力；

e.側(cè)壓系數(shù)為2的非均勻場中：啟動千斤頂，使得水平、垂直方向的千斤頂向軟巖直墻加載壓力，其他實驗條件同上，獲得真實的環(huán)向、徑向應(yīng)力和等效剪應(yīng)力；