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新型深井沿空留巷底鼓模拟装置将底鼓演化分为5个阶段

2018-07-12

  安徽理工大学华心祝团队针对深井沿空留巷底鼓模型试验研制了“深部岩体双向四面可调加载多功能相似模拟试验装置”,借助模型得到了底鼓特征及演化机理,有望为现场底鼓防控提供指导。


  新型装置与国内现有同类试验装置相比一个显著的不同点就是:可实现双向四面可调加载,即对模型四面进行非均匀加载,可最大程度模拟深埋岩体的真实地应力状态。


  试验装置利用“回”字形主框架和前后挡板及纵控梁,在模拟试验装置中形成一个相对封闭的准三维模拟空间,容易实现平面应变条件。试验装置主要由模型加载反力框架、模型加载装置及智能液压控制系统组成。


  模拟试验装置


  试验装置外部尺寸为3.67 m×0.70 m×3.02 m(长×宽×高),模型有效尺寸为3 m×0.3 m×2 m(长×宽×高)。加载系统采用双向四面加载,由22 个加载单元组成,智能液压控制系统将22 个加载单元分成4 组,分别由4 对独立分布的油路通道进行自动加载、稳压和卸载。为方便对巷道围岩破裂发展过程的观察和模型体开挖,在前后挡板分别设有透明观察窗口和开挖窗口。模型加载时,用预先加工的挡板封住开挖窗口;待模型开挖时,卸下开挖窗口挡板进行开挖。试验装置结构的强度和刚度可实现高地应力及埋深达千米以上的大型地下工程模型试验研究。


  通过在淮南顾桥煤矿开展演化机理模型试验,研究人员发现:


  (1)从开掘到报废整个期间留巷底鼓严重,掘巷期间就已产生底鼓,但底鼓主要发生在一次采动至二次采动期间。


  (2) 巷道底板深部岩体主要为压应变,浅部岩体呈现“拉-压”应变转变现象,且“拉-压”应变交界面随着沿空留巷时期的推移不断向深部移动。


  (3)该地质条件下沿空留巷底鼓主要由压曲型底鼓、剪切错动型底鼓和挤压流动型底鼓复合而成,其破坏形态多以剪切破坏或拉剪破坏为主,又呈现出大变形和偏态特征。


  (4)根据底鼓产生和发展情况,将底鼓演化过程分为滑移-弯曲线形成期、剪切错动破坏期、剪切破断期、挤压流动期、离层期5个阶段。


  最后,研究人员指出,沿空留巷支护大体可分为巷内支护和巷旁支护,其中巷内支护又分为基本支护与加强支护。而每种支护形式并非孤立存在,应将其视为一个相互关联的整体,形成一套组合支护体系。因此,深井沿空留巷底鼓防控不能仅仅围绕底板进行,必须对巷道全断面选择合理支护形式并做好支护参数的优化设计,以减少底鼓。




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  责任编辑:宫在芹
今日专家

男,1960年4月20日生,黑龙江省鸡西市人,九三学社社员,中英双博士,教授,...

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