一種工程巖體力學(xué)特性的快速測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圍巖的快速測試方法，特別是一種工程巖體力學(xué)特性的快速測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于原位測試技術(shù)可克服室內(nèi)試驗擾動性、尺寸效應(yīng)、無法保持巖體原有結(jié)構(gòu)、原有含水率及原有應(yīng)力狀態(tài)等缺點，逐漸發(fā)展成為一種重要的巖體力學(xué)參數(shù)取值手段。目前，煤礦工程巖體性質(zhì)測試多采用實驗室?guī)r塊測試，彈模儀、剪切儀是常用的原位測試工具，彈模儀可以測取巖體的彈性模量，剪切儀可以測取巖體的內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力。
[0003]煤礦因其特殊性，巷道頂?shù)装鍘r層的確切界限無法確定，受采掘擾動影響，巷道圍巖并非完整，圍巖內(nèi)存在離層、破碎區(qū)。成像儀能直觀、清晰顯示鉆孔內(nèi)巖層層理、節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面發(fā)育狀況及其破壞特征，因此被廣泛用于煤礦領(lǐng)域，作為巷道支護設(shè)計中地質(zhì)條件評估的重要手段。若將剪切儀、彈模儀應(yīng)用于煤礦，須先確定實驗測點的巖性及構(gòu)造、破壞狀態(tài)，成像儀是其重要的輔助手段。在工作面采動影響下，巷道受超前支承壓力作用，圍巖變形增大，裂隙發(fā)育，破碎程度增大，完整性變差，巖體力學(xué)性質(zhì)也發(fā)生一定變化，若能測得采動影響下的巷道圍巖巖體力學(xué)參數(shù)及破壞特征，在掘巷初期加以考慮，設(shè)計足夠的支護強度，便可以將圍巖變形控制在合理范圍內(nèi)，有利于礦井安全高效生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要提供一種工程巖體力學(xué)特性的快速測試方法，采動影響下巷道圍巖工程力學(xué)特性及破壞特征的快速測試，獲得巖體內(nèi)摩擦角，內(nèi)聚力，彈性模量及破壞特征及隨工作面推進的變化情況，為巷道支護方案設(shè)計、巷道支護效果評價、補強支護方案設(shè)計提供依據(jù)。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，快速測試方法具體步驟如下:
[0006]步驟一、確定各鉆孔位置，鉆孔在巷道中距工作面不同距離布置；所述的不同距離為沿工作面前方應(yīng)力增高區(qū)至應(yīng)力不變區(qū)；
[0007]步驟二、利用成像儀進行鉆孔窺視，并記錄巖層分界線及鉆孔孔壁完整段、破碎段深度范圍，保存鉆孔窺視錄像文件；
[0008]步驟三、根據(jù)鉆孔窺視狀況，選擇鉆孔孔壁巖石完整段作為彈模儀器、剪切儀器實驗點；
[0009]步驟四、進行鉆孔彈模、剪切實驗，記錄鉆孔編號，測點深度，測點巖性，及應(yīng)力、彈模實驗的位移，法向應(yīng)力、剪切試驗的切向應(yīng)力；
[0010]步驟五、實驗數(shù)據(jù)分析:處理實驗數(shù)據(jù)，通過不同鉆孔數(shù)據(jù)對比分析，獲得不同工作面采動程度影響，包括微弱采動影響情況下巷道圍巖工程力學(xué)的彈性模量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力特性、破壞特征及其間的聯(lián)系。
[0011]有益效果:本方法將鉆孔彈模儀、剪切儀引進到煤礦領(lǐng)域，結(jié)合成像儀對巷道圍巖工程力學(xué)特性及破壞特征在進行測試，考慮了工作面回采對巷道圍巖破壞及巖體力學(xué)參數(shù)的影響，可克服室內(nèi)試驗擾動性、尺寸效應(yīng)、無法保持巖體原有結(jié)構(gòu)、原有含水率及原有應(yīng)力狀態(tài)等缺點，對巷道支護設(shè)計、支護效果評價、補強支護設(shè)計等具有重要指導(dǎo)意義。優(yōu)點:用時短，數(shù)據(jù)可靠性大大提高。
【附圖說明】
[0012]圖1是彈模儀示意圖。
[0013]圖2是剪切儀示意圖。
[0014]圖3是成像儀示意圖。
[0015]圖中，1-探頭，2-儀表盤，3-推桿，4-線纜，5-高壓油路，6-手動高壓栗，7-調(diào)平托盤，8-千斤頂，9-固定螺母，10-深度編碼器，11-線盤。
【具體實施方式】
[0016]快速測試方法具體步驟如下:
[0017]步驟一、確定各鉆孔位置，鉆孔在巷道中距工作面不同距離布置；所述的不同距離為沿工作面前方應(yīng)力增高區(qū)至應(yīng)力不變區(qū)；
[0018]步驟二、利用成像儀進行鉆孔窺視，并記錄巖層分界線及鉆孔孔壁完整段、破碎段深度范圍，保存鉆孔窺視錄像文件；
[0019]步驟三、根據(jù)鉆孔窺視狀況，選擇鉆孔孔壁巖石完整段作為彈模儀器、剪切儀器實驗點；
[0020]步驟四、進行鉆孔彈模、剪切實驗，記錄鉆孔編號，測點深度，測點巖性，及應(yīng)力、彈模實驗的位移，法向應(yīng)力、剪切試驗的切向應(yīng)力；
[0021]步驟五、實驗數(shù)據(jù)分析:處理實驗數(shù)據(jù)，通過不同鉆孔數(shù)據(jù)對比分析，獲得不同工作面采動程度影響，包括微弱采動影響情況下巷道圍巖工程力學(xué)的彈性模量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力特性、破壞特征及其間的聯(lián)系。
[0022]該方法通過成像儀得到巷道圍巖地質(zhì)特征與破壞特征，通過剪切儀、彈模儀得到巷道圍巖彈性模量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力；
[0023]該方法通過鉆孔窺視得到的鉆孔孔壁特征為彈模儀、剪切儀實驗選點提供依據(jù)。
[0024]該方法通過在巷道中布置距工作面不同距離(沿工作面前方應(yīng)力增高區(qū)至應(yīng)力不變區(qū))的一系列鉆孔，確定不同采動程度影響下巷道圍巖彈性模量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力及破壞特征及其內(nèi)在聯(lián)系。
[0025]實施例1:方法步驟如下:
[0026](1)第一步:確定各鉆孔位置
[0027]鉆孔在巷道中距工作面不同距離(沿工作面前方應(yīng)力增高區(qū)至應(yīng)力不變區(qū))布置，例:在巷道頂板布置鉆孔5個，距離工作面距離分別為:5m，15m，30m，50m，80m，鉆孔布置在巷道頂板，直徑76_，孔深7m，成孔后立即進行測試。
[0028](2)第二步:利用成像儀進行鉆孔窺視
[0029]通過3推桿不斷推進1探頭，拍攝影像由4線纜傳輸?shù)?儀表盤，由儀表盤可直接觀測到孔壁巖石層理、節(jié)理、裂隙發(fā)育狀況及其所處的位置，在推桿過程中(紙筆)記錄巖層分界線及鉆孔孔壁完整段、破碎段深度范圍，鉆孔窺視結(jié)束后保存數(shù)據(jù)文件。
[0030](3)第三步:確定鉆孔彈模、剪切試驗點
[0031]根據(jù)步驟二中鉆孔窺視記錄，選擇鉆孔孔壁完整段作為彈模儀器、剪切儀器實驗點，一個測點只能做一次彈模實驗或剪切實驗，剪切實驗可以在同一深度旋轉(zhuǎn)45°以獲得最多4個測點，測點數(shù)應(yīng)盡量多，以平衡隨機誤差(彈模實驗1個測點獲得1組數(shù)據(jù)，剪切實驗施加不同法向應(yīng)力的4個或以上測點獲得一組數(shù)據(jù))；
[0032](4)第四步:進行鉆孔彈模、剪切試驗
[0033]依次進行鉆孔彈模、剪切實驗，記錄鉆孔編號，測點深度，測點巖性及儀器數(shù)據(jù)。彈模實驗:通過3推桿將1探頭送至選定試驗點，通過6手動高壓栗給予初始應(yīng)力使探頭固定，逐級加壓至最大應(yīng)力(例:2Mpa，5Mpa，lOMpa...，最大應(yīng)力視巖性而定)、逐級減壓(至OMpa)，通過儀表盤2記錄應(yīng)力值及對應(yīng)位移，卸壓回油，重復(fù)上述步驟直至全部測點結(jié)束；剪切實驗:通過推桿3將探頭送至選定試驗點，通過6手動高壓栗施加法向應(yīng)力使探頭固定，依次安裝7調(diào)平托盤、8千斤頂、9固定螺母，繼續(xù)栗壓至預(yù)設(shè)法向應(yīng)力值，施加切向應(yīng)力，記錄最大切應(yīng)力值及對應(yīng)法向應(yīng)力值，卸壓回油，進行下一測點測試，直至全部測點結(jié)束。
[0034](5)第五步:實驗數(shù)據(jù)分析
[0035]繪制應(yīng)力-位移曲線(彈模實驗)與法向應(yīng)力-切向應(yīng)力曲線(剪切實驗)并計算得出彈性模量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力，根據(jù)鉆孔窺視錄像、孔壁展開圖對巖層層理、節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面發(fā)育狀況及其破壞特征進行分析，通過不同鉆孔數(shù)據(jù)對比分析，獲得不同工作面采動程度影響下(包括微弱采動影響情況)巷道圍巖工程力學(xué)特性(彈性模量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力)、破壞特征及其間的聯(lián)系。
【主權(quán)項】
1.一種工程巖體力學(xué)特性的快速測試方法，其特征是:快速測試方法具體步驟如下:步驟一、確定各鉆孔位置，鉆孔在巷道中距工作面不同距離布置；所述的不同距離為沿工作面前方應(yīng)力增高區(qū)至應(yīng)力不變區(qū)； 步驟二、利用成像儀進行鉆孔窺視，并記錄巖層分界線及鉆孔孔壁完整段、破碎段深度范圍，保存鉆孔窺視錄像文件； 步驟三、根據(jù)鉆孔窺視狀況，選擇鉆孔孔壁巖石完整段作為彈模儀器、剪切儀器實驗占.V， 步驟四、進行鉆孔彈模、剪切實驗，記錄鉆孔編號，測點深度，測點巖性，及應(yīng)力、彈模實驗的位移，法向應(yīng)力、剪切試驗的切向應(yīng)力； 步驟五、實驗數(shù)據(jù)分析:處理實驗數(shù)據(jù)，通過不同鉆孔數(shù)據(jù)對比分析，獲得不同工作面采動程度影響，包括微弱采動影響情況下巷道圍巖工程力學(xué)的彈性模量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力特性、破壞特征及其間的聯(lián)系。
【專利摘要】一種工程巖體力學(xué)特性的快速測試方法，屬于工程測試方法。方法：(1)確定各鉆孔位置，鉆孔在巷道中距工作面不同距離布置、(2)利用成像儀進行鉆孔窺視、(3)根據(jù)鉆孔窺視狀況，確定彈模儀器、剪切儀器實驗點、(4)進行鉆孔剪切、彈模實驗、(5)實驗數(shù)據(jù)分析。該方法在巷道中鉆孔，通過鉆孔窺視儀得到鉆孔內(nèi)結(jié)構(gòu)面發(fā)育狀況及其破壞特征，并作為彈模、剪切實驗選點依據(jù)，通過彈模、剪切儀器測得巖體彈性模量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力，通過不同鉆孔數(shù)據(jù)分析對比，確定不同采動程度影響下巷道圍巖彈性模量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力及破壞特征及其內(nèi)在聯(lián)系。對巷道支護及效果分析、補強支護設(shè)計等具有重要指導(dǎo)意義，該方法簡單直便，用時短，數(shù)據(jù)可靠。
【IPC分類】G01N3/24, G01N3/08, E21B47/00
【公開號】CN105259051
【申請?zhí)枴緾N201510785947
【發(fā)明人】姚強嶺, 李學(xué)華, 王文韜, 譚英明, 王傲, 梁順, 衛(wèi)斐, 陳 田
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月16日