【摘要】：上海廟礦區(qū)的煤炭資源儲量豐富,資源埋深大,開采條件復(fù)雜,深部軟巖巷道的大變形災(zāi)害已經(jīng)成為阻礙開采深部煤炭資源的重要技術(shù)難題。結(jié)合國內(nèi)外對軟巖巷道的工程實踐經(jīng)驗,高應(yīng)力作用和軟巖自身的水理特性將是影響巷道復(fù)合變形的關(guān)鍵因素。本文主要運用相似材料模擬的方法對上海廟礦區(qū)鷹駿一礦的運輸巷變形進行研究,之后,對比理論計算結(jié)果和相似模擬結(jié)果,進行對比分析和互相驗證,進而得出基于圍巖水理條件下,軟巖巷道變形的規(guī)律。通過對巖層中巖石成分的分析得出上海廟礦區(qū)煤層頂?shù)装逡陨皫r、砂質(zhì)泥巖為主,并且其黏土物質(zhì)含量較高,在不遇到水的情況下表現(xiàn)出堅硬巖石的特性,而在和水接觸后迅速崩解泥化。通過對巖層吸水膨脹的研究,得出水除了對巖層有力學(xué)作用以外,由于巖石內(nèi)部有親水礦物質(zhì),以及巖石的均結(jié)構(gòu)和膠結(jié)程度等因素的影響,導(dǎo)致巖石遇水后出現(xiàn)了軟化作用。在數(shù)值計算過程中,得到在不考慮軟巖加速蠕變的情況下,巷道變形隨時間變化的的關(guān)系以及不同含水條件下巷道的位移量。通過實際工程中的經(jīng)驗,得出經(jīng)過30天,圍巖蠕變進入穩(wěn)定狀態(tài)。當表面含水率達到飽和時,巷道對應(yīng)的最大變形量為622mm。通過相似模擬對巷道頂板進行蠕變研究,得出載荷大小對巷道的蠕變作用起很大的影響,載荷的大小決定了巷道變形的快慢與破壞程度。另一方面對于上海廟礦區(qū)的這類軟巖來說,含水率的大小也決定了巷道變形的快慢與快慢程度。通過對比實驗得出,含水率的大小對軟巖巷道的的影響比載荷大小要更強一些。通過對首采工作面進行相似模擬實驗得出,軟巖吸水后表現(xiàn)出類似泥土的性質(zhì)。在巷道變形過程中頂板巖層變形最快,頂板上層巖層受頂板破壞的影響和控制影響較小,隨著開挖時間的增長,頂板以上的巖層隨著頂板同步變形,并且頂板上層巖石最終變現(xiàn)出相同的變形情況。巷道在第12天出現(xiàn)垮落前的最大形變,巷道位移最大為1.34m。與實際生產(chǎn)相對比,巷道由于支護作用,巷道變形量與實驗有一定差值,但是圍巖頂板隨時間的變化情況基本符合。故而本文所研究的規(guī)律能夠為礦井相似條件工作面的開采提供理論支持。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD353;TD322
【圖文】：

體積又開始收縮直至不能再收縮(收縮停止)，軟巖呈固體態(tài)（巖粒中只含強結(jié)合水），其相應(yīng)點的含水量成為“收縮界限 Wt”（圖 1.1）。圖1.1 軟巖力學(xué)形態(tài)含水量界限圖

圖 2.1 巖石的單軸壓縮全應(yīng)力應(yīng)變曲線 不穩(wěn)定的破裂發(fā)展階段(CD 段)：進入本階段后，微小的破裂發(fā)展出現(xiàn)，由于應(yīng)力集中效應(yīng)的顯著，在使軸向應(yīng)力的不變情況下，破裂會以不薄弱環(huán)節(jié)由此依次破壞。當應(yīng)力接近峰值的強度 80％時，隨著軸向應(yīng)內(nèi)部裂隙數(shù)量，隨軸向應(yīng)力的提高而急劇增加，在應(yīng)力曲線上表現(xiàn)為應(yīng)是，曲線增加的速度明顯減緩。此時，體積變壓縮為膨脹，軸應(yīng)變速率加速增大。在此階段，微小破裂，在空間分布上出現(xiàn)應(yīng)變局部化，此時化。微破裂的擴展是一個自發(fā)進行的過程，系統(tǒng)離平衡比較遠，一方面收能量，在另一方面，巖石內(nèi)破裂發(fā)展釋放能量(以聲能、熱能形式等態(tài)也隨時間變化而變化(變形速率增大、膨脹)，這是一種離平衡較遠而此過程中，系統(tǒng)處于一種非平衡的狀態(tài)，但是由于巖石的變形是應(yīng)變的系統(tǒng)的變形將是穩(wěn)定的。在此階段如果考慮時間因素，由于流變效應(yīng)和件也可能失穩(wěn)，在此階段則形成耗散結(jié)構(gòu)[15]。

通過鉆孔取得部分巖樣，巖樣埋深與名稱如下表所示：下圖為采樣樣品：圖2.2 巖石采樣樣品通過鉆孔取得部分巖樣，巖樣埋深與名稱如下表所示：表2.2 巖石采樣表編號 采樣深度/m 巖性1 103.21～148.81 粉砂巖2 928.71～400.31 細砂巖3 577.02～579

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