巷道围岩地质力学测试技术研究

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1、万方数据文章编号：1003—5923(2003)03--0090～03巷道围岩地质力学测试技术研究张生华(焦作大学，河南焦作454000)摘要：研究表明巷道围岩复杂多变，其主要地质力学参数：地应力、工程地质条件、围岩结构、节理裂隙等直接决定着设计参数的选择，关系到支护的成败。通过对巷道围岩地质力学测试技术的深入研究，为巷道支护提供更科学、合理、可靠的设计依据。关键词：巷道围岩；强度；地应力；测试技术中图分类号：TD313文献标识码：B1前言巷道围岩是一个极其复杂的地质体。与其它工程材料相比，它具有两大特点：其一是岩体内部含有各种各样的

2、不连续面，如节理、裂隙等，这种不连续面的存在显著改变了岩体的强度特征和变形特征，致使岩块与岩体的强度相差悬殊；其二是岩体含有内应力，地应力场的大小和方向都显著影响着围岩的变形和破坏[1]。因此，一切与围岩有关的工作，如巷道布置，巷道支护设计，特别是锚杆支护设计，采煤方法的确定和设备选型，都离不开对围岩地质力学特征的充分了解。作者近年来在煤巷锚杆支护、软岩支护项目研究中采用了一批测试仪器，形成了一套巷道围岩地质力学快速测试系统。部分仪器首次应用于现场，获得大量宝贵数据，为巷道支护设计提供了坚实的基础‘2l。2巷道围岩强度测试[3]岩石强

3、度一般有两种测量方法，一是现场取样，然后在实验室加工成试件，进行试验，另一种方法是在井下钻孔，进行围岩强度现场测量，它具有快速，测量结果接近岩体强度等特点。作者在围岩强度测试中，采用wQCZ～I围岩强度测定装置进行了围岩强度的现场测量。2．1测试原理岩体强度的测定是在现场的巷道围岩钻孔中进行的(图1)。图1围岩强度测定原理图1一探头；2一电缆；3一压力表(0～40MPa)；4～压力表(o～100MPa)}5一手摇泵；6一强度测定仪7一高压管；8一延长管探头内的岩体强度：R。=P。·77式中尾～一岩体单轴抗压强度，MPa；巴——岩体临界

4、强度(测定装置的压力表读值平均值)，MPa；叩——探头系数，由试验确定。2．2测试方法在井下巷道中打好钻孔后，就可以进行围岩强度测定。探头及连接的液压管，应先在井上用20号机油充满并排出气体。操作方法是先松开探头上的排气口，使排气口朝上，把探头提高超过液压管及手摇泵的高度。将液压管探头与手摇泵相连接。将油液压入探头，当油液开始从排气孔溢出时，拧紧排气口，然后将液压管与手摇泵拆开，并将油口封闭，装箱下井。在观测地点将液压管与手摇示相连接。把电缆的另一头与围岩强度测定仪上的传感器收稿日期：2003一01--23作者简介：张生华(1957-

5、-)，河南武陟人，1982年毕业于东北工学院采矿工程专业，副教授，硕士，现从事岩土工程技术教学科研工作。·90·2003．N93矿山压力与顶板管理万方数据插座相连接。最后，用延长杆将探头装入待测钻孔产送至孑L底，开始测定工作。先将手摇泵手轮拧到加压位置，启动手摇泵，油压通过液压管传人探头内腔，探头活塞动作，顶针外伸直到与孔壁接触，从围岩强度测定仪上可读出顶针外伸量。手摇泵继续加压，当压力达到观测地点岩石临界强度时，可观察到微安表指针突然跳跃及压力表读数稍有下降，表明被测地点孔壁的岩石遭到破坏。同时，记录压力表下降之前的示值(临界压力P

6、。)，则该点测定完毕。为了测定整个钻孔长度上岩层的抗压强度，每隔200300mm取一个测定剖面，由延长杆的刻度进行指示。在每一个剖面上需测定三点，测定之间等周长，通过围绕钻孔轴心转动120。实现。每个剖面三点临界压力值的算术平均值作为该剖面位置岩石的临界压力。2．3测试分析古汉山矿运输大巷和流水巷为软岩巷道，多年来难以控制。曾采用现场取样，然后在实验室加工成试件，进行强度试验，获得的岩石的各种强度和变形指标与实际相差较大。所以，对围岩强度进行现场测量。从取出的岩芯来看，岩性从下到上依次为：页岩、泥岩、粉砂岩、泥岩、细砂岩。测量结果为泥

7、岩，单向抗压强度33．2MPa；页岩，单向抗压强度24．34MPa；粉砂岩，单向抗压强度50MPa；细砂岩厚，单向抗压强度81．60MPa。现场测量结果作为设计依据，使用结果表明，比实验室测量数据更为合理L4j。3钻孔节理裂隙观察巷道围岩结构参数指岩体中不连续面的分布状况和力学性质。如不连续面的方位、连续性、密度及粗糙度等。因为不连续面严重影响着岩体的变形和强度特征，因此获得围岩结构面参数对了解巷道围岩非常重要。测取巷道围岩结构面参数的方法一般有以下几种：(1)巷道内量测在巷道内量测围岩表面结构面分布、间距、方位，也可在断层、采空区内

8、观察巷道顶板岩层层理、节理分布情况。(2)取岩芯在井下巷道有代表性的地点钻孔，取出岩芯。从岩芯上可测出不断连续面的多种几何和力学参数。岩体的不连续面发育程度还可以用RQD值表示。它是根据钻孔岩芯完整程度判断岩体质量的指标