巖土體特性

硐室圍巖的穩(wěn)定性和凍結(jié)法鑿井穿越巨厚沖積層時(shí)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的分析這兩大問(wèn)題是當(dāng)前深部開(kāi)采井巷工程面臨的主要問(wèn)題。通過(guò)對(duì)兩淮煤田沖積層常見(jiàn)土層和煤系地層常見(jiàn)巖層進(jìn)行取樣,采用試驗(yàn)方法研究?jī)苫疵禾镏饕獛r土體的電阻率特性,并結(jié)合凍結(jié)法鑿井、礦井巷道施工的工藝特點(diǎn),提出電阻率法檢測(cè)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和基于電阻率法的圍巖松動(dòng)圈檢測(cè)技術(shù)。并將研究成果運(yùn)用到礦井凍結(jié)壁溫度場(chǎng)和圍巖松動(dòng)圈檢測(cè)的工程實(shí)踐,取得了良好的效果。主要研究工作及成果如下:(1)在高密度電阻率法擬斷面的記錄點(diǎn)對(duì)應(yīng)深度方面存在著經(jīng)驗(yàn)性,使其在工程應(yīng)用方面存在局限性。根據(jù)點(diǎn)電場(chǎng)的基本理論,并結(jié)合最新的電阻率勘探數(shù)據(jù)采集技術(shù)——并行電法勘探和跨孔地震勘探的特點(diǎn),提出擬地震式單極——單極跨孔直流電阻率CT技術(shù)的數(shù)據(jù)采集方式,并編制數(shù)據(jù)處理軟件,為電阻率法檢測(cè)凍結(jié)壁提供數(shù)據(jù)采集與處理方法。(2)通過(guò)對(duì)淮南煤田朱集煤礦沖積層主要土層進(jìn)行取樣,首先,將目前土體導(dǎo)電性測(cè)試常用裝置和高密度電阻率法勘探技術(shù)相結(jié)合,研究常溫下土體電阻率與土性(顆粒級(jí)配)、含水量和密度(或密實(shí)度)之間的關(guān)系,并擬合出不同土體的電阻率與含水量、密度的回歸方程;其次,研究?jī)鐾岭娮杪实臏y(cè)試方法,并結(jié)合兩淮地區(qū)的沖積層土層含水量與密度、地溫特點(diǎn)和凍結(jié)法鑿井的凍結(jié)鹽水溫度與凍結(jié)壁平均溫度設(shè)計(jì),研究土體在一定含水量、密度條件下,電阻率與溫度的關(guān)系。并擬合出相關(guān)度較高的不同土體的溫度–電阻率(t-ρ)回歸方程,這些方程是電阻率法檢測(cè)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的基礎(chǔ)。(3)通過(guò)對(duì)兩淮煤田煤系地層主要巖層進(jìn)行取樣,研究巖體的電阻率與應(yīng)力(或應(yīng)變)的關(guān)系。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了取材方便、性能良好的電極與巖石耦合材料——過(guò)飽和黏土,擬合出相關(guān)度較高的不同巖體的應(yīng)力–電阻率(σ-ρ)回歸方程,這些方程是電阻率法檢測(cè)硐室圍巖穩(wěn)定狀態(tài)的基礎(chǔ)。(4)在單極——單極跨孔直流電阻率CT勘探技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上,提出了電阻率檢測(cè)凍結(jié)法鑿井凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的施工工藝、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理方法,并結(jié)合土體導(dǎo)電性試驗(yàn)獲得的溫度與電阻率的回歸方程,分析凍結(jié)壁的發(fā)展?fàn)顩r。該技術(shù)已成功應(yīng)用于兩淮煤田凍結(jié)法鑿井凍結(jié)壁溫度場(chǎng)分析的工程實(shí)踐。(5)地下峒室的穩(wěn)定性是礦井安全、高效生產(chǎn)的重要因素,為了確保地下峒室的穩(wěn)定性,必須采用經(jīng)濟(jì)、合理的支護(hù)方式?；趪鷰r松動(dòng)圈范圍的大小及其空間分布規(guī)律對(duì)選擇峒室支護(hù)方式的重要性,利用高密度電阻率法勘探的原理并結(jié)合地下峒室開(kāi)挖與支護(hù)的施工特點(diǎn),提出利用錨桿鉆機(jī)鉆孔、錨固劑封閉孔口、簡(jiǎn)易壓力容器注漿封孔、高密度電阻率法采集數(shù)據(jù)的松動(dòng)圈測(cè)試技術(shù),結(jié)合巖石導(dǎo)電性試驗(yàn)獲得的應(yīng)力與電阻率的回歸方程,研究硐室開(kāi)挖與支護(hù)后其圍巖的變形程度與導(dǎo)電性的關(guān)系,分析圍巖松動(dòng)圈的發(fā)展?fàn)顩r。該技術(shù)已成功應(yīng)用于兩淮礦井巷道圍巖松動(dòng)圈測(cè)試的工程實(shí)踐。

巖土體室內(nèi)試驗(yàn)——巖土體室內(nèi)試驗(yàn)