巖層控制

1、巖層控制實驗與實測技術巖層控制實驗與實測技術礦山壓力顯現：礦山壓力顯現：在礦山壓力作用下，引起各種力學現象，如巖體的變形、破壞，支護物的變形、破壞、折損以及在巖體中產生的動力現象，這些由于礦山壓力作用使巷硐周圍巖體和支護物產生的種種力學現象，叫礦山壓力顯現。巖層控制：巖層控制：為使礦山壓力顯現不影響正常的開采工作和保證生產安全，采取各種技術措施加以控制，包括巷道布置，工作面形成，對巷道及采煤工作面空間進行支護，對軟弱的煤、巖體進行加固，

2、用各種方法使巷道或采煤工作面得到卸壓，對采空區(qū)進行充填，或用人工的方法使采空區(qū)頂板按預定方案冒落等一系列的控制技術和方法稱為巖層控制。巖石單軸壓縮荷載作用下所能承受的最大壓應力稱為巖石的單軸抗壓強度單軸抗壓強度。巖石在單軸拉伸荷載作用下達到破壞時所能承受的最大拉應力稱為巖石的單軸抗拉強度單軸抗拉強度。（劈裂法）巖石在剪切荷載作用下達到破壞前所能承受的最大剪應力稱為巖石的抗剪切強度抗剪切強度（角模壓剪實驗）巖石的強性模量巖石的強性模量是指

3、巖石在彈性變形階段其應力與應變變化值之比。巖石在三向壓縮荷載作用下，達到破壞時所能承受的最大壓應力稱為巖石的三軸抗壓強度巖石的三軸抗壓強度。與單軸壓縮實驗相比，試件除受軸向壓力外，還受側向壓力。三軸壓軸實驗的加載方式三軸壓軸實驗的加載方式有兩種，一種是真三軸加載，試件為立方體，六個面均可加壓。常規(guī)的三軸實驗用圓柱體作為試件，除軸向加荷載外，在試件的柱面上施加有側向載荷。三軸抗壓加載方法三軸抗壓加載方法：緩慢施加側向壓力到指定值，穩(wěn)定數分

4、鐘，使側壓力保持恒定，變動范圍不應超過選定值的2%。此時可調整電阻應變儀讀數使之為零，作為應變測量的起始點。然后再以0.5～1.0MPas的穩(wěn)定加載速率施加縱向載荷直至試件破壞，記下破壞載荷值。卸載后取出試件，記錄其破壞狀況。必要時可量取破壞面與σ1作用面的夾角θ。相似材料是由膠結物和填料組合而成，膠結料的力學性質很大程度上決定相似材料的力學性質，其力學性質可分為四類：（相似材料模擬材料相似材力學性質相似材料模擬材料相似材力學性質：）①

5、無機膠結料如石膏、水泥、石灰、碳酸鈣、水玻璃等，具有脆性破壞的特點；②碳氫類石油產品如石臘、凡士林、地蠟、油類等，具有彈塑性和塑性變形的特點；③合成樹脂如環(huán)氧樹脂、尿素樹脂等，其特性變化范圍寬，由脆性直至塑性；④天然膠質產品如松香、瀝青等，具有脆性特點。常用膠結料的特性常用膠結料的特性：石膏強度高，凝固快，在相似材料中能起迅速成型和增加強度的作用，可作為主膠結料；水泥強度更高，壓拉比大，故可作為大比例模型的膠結料（具有明顯脆性，特點強度

6、大，制作簡單，來源廣）；其他如碳酸鈣（強度低，可作為相似材料中降低強度成分）、高嶺土（強度低，材料可塑性低）、石灰強度較低（脆性極明顯可以增加相似材料脆性），可作為調節(jié)強度及變形性能之用。1、石膏膠結料以石膏作為主要膠結料廣泛應用的有純石膏及石膏—砂兩種相似材料。（1）純石膏或石膏硅藻土材料這種相似材料取材方便，成型容易，力學指標范圍較大，彈性好，廣泛用于測定應力的模型。但這種材料一般用于澆注型模型，因為過量的水將導致模型呈多孔結構，在

7、較大的圍壓下壓縮變形過大，不如壓實型模型更能模擬各向受壓的巖體變形特征。（2）石膏加填料根據成型方法可分為澆注型及壓實型，目前主要使用壓實型成型法。填料通常用：砂子，經試驗認為相似材料的內摩擦角甲完全取決于砂粒結構，石膏膠結料對其不起作用。2、水泥膠結料（2）支護體材料的力學性能測試；（3）采場上覆巖層運動及巷道圍巖變形的相似物理模擬實驗；（4）實測儀器儀表的實驗室標定和礦山壓力測試方法研究。相似理論條件：1）幾何相似；2）物理現象相似

8、；3）初始、邊界條件相似；4）各同名無因次參數相等。平面應力平面應力：設有很薄的等厚度薄板，只在板邊口受到平行于板面并且不沿厚度變化的面力或約束，同時體力也平行于板面并且不沿厚度變化平面應變平面應變：設有很長的巷道，它的橫截面積不沿長度變化，在巷道圍巖上平行于橫截面而不沿長度變化的面力或約束，同時，體力也平行于橫截面而不沿長度變化。模擬實驗臺模擬實驗臺：模擬試驗的模型種類很多。根據其形式有平面、立體、平板等幾種。根據其整體性來分，有整體

9、澆注、分層鋪設、塊體砌筑及散體等數種。根據其受力狀態(tài)來分，有單向、雙向及三向受力三種，其受力方式有的僅是被動的限制變形，也有的是主動加壓方式?，F分述如下。①平面應力模型平面應力模型平面應力模型是以沿長度方向力學狀態(tài)不變的橫向剖面作為模擬對象的一種模型。這種模型的理論依據是在彈性力學的平面應力與平面應變問題中，應力的求解方程是一樣的，因此可以用平面應力模型來模擬實際處于平面應變狀態(tài)的巖層。②平面應變模型平面應變模型模型采取三向獨立加壓方式

10、，一般采用液壓加載其正面及背面的加壓值應控制模型在該方向的變形量為零才是最合理的，但實際并不能經常做到。該實驗臺主要用于研究地下硐室穩(wěn)定性及巷道支架與圍巖相互作用關系的實驗。③立體模擬試驗臺立體模擬試驗臺對于三維應力狀態(tài)均有變化的研究對象，使用立體模型試驗臺較為理想，然而立體模型的每次鋪設用料較鋪設同樣長度的平面模型多出好幾倍，進出材料多，工作量大。（立體模型的長壁工作面回采只能用活動條帶狀底部結構進行模擬。模型內部位移、壓力的觀測只能

11、用埋設傳感器的方法來測試，較費事，且不直觀。模型內部干燥、困難、不均等對傳感器工作狀態(tài)有影響。若要滿足立體模型邊界條件相似的要求，須對模型外表面進行限制或加壓，以控制其側向變形，這將更使試驗臺的結構復雜化。若要模擬傾斜煤層的開采，還要增加機構進行轉體。）對傳感器的要求對傳感器的要求：①其工作范圍或量程足夠大；具有一定過載能力②與測量或控制系統(tǒng)相匹配性好，轉換靈敏度高和線性程度好③反應快，工作可靠性好④精度適當，且穩(wěn)定性好⑤適用性和適應性