强化时间的讨论优化主斜井巷道渗水

文摘

裂隙水的渗透和物理和化学效应通常有降解作用的强度和承载力巷道的围岩。随着时间的增加水的渗透,巷道变形成倍增加,导致巷道破坏的风险更高。本文针对相关的支持和保护问题与主斜井water-drenching期间,建立了数值模拟方法探讨裂隙水的影响巷道的围岩变形的,和一个解决方案来控制水主要由灌浆提出了斜轴。通过数值模拟方法,有效渗透范围泥浆的围岩和隧道变形与灌浆时间的变化进行了研究。数值模拟与现场监测相结合的方法来确定一个合理的灌浆时机提出了。现场应用表明,灌浆可有效地控制在一个合理的时机的影响渗透水从屋顶的裂缝主要斜井巷道围岩的变形,改善巷道围岩的完整性,提高承载力的支持和维护的安全性和巷道围岩的稳定性主斜井。此外,本研究可以提供洞察力的引用灌浆加固采用类似的主要倾向于轴。

1。介绍

与矿业规模和开采强度的不断增加,屋顶煤矿水灾害的威胁日益突出,导致矿山生产安全隐患(1,2]。地下水时,与一个复杂的化学溶液组成、岩石暴露,经常发生复杂的物理和化学反应,导致损害岩体的力学性能,如岩石的软化和水力侵蚀。岩石软化是一个典型的岩石物理性质,和力量恶化严重程度取决于岩石的水含量(3]。液压压力加剧的发展内部裂缝岩体软化,逐步降低岩体的完整性和改变岩体的macromechanical属性(4]。化学元素的再分配造成的水岩化学和岩石微观结构的变化进一步加剧恶化的岩石力学性能(5]。

巷道开挖过程中,围岩中的裂隙水的存在,物理和化学反应水与岩体之间的降解影响巷道围岩的承受能力,导致安全隐患和其他风险,应排水或包含有效防止进一步损害(6]。的情况下,适当的排水是不可能的,灌浆通常采用控制巷道围岩中的裂隙水和力量的道路。许多学者进行了深入研究巷道注浆技术。灌浆材料而言,由于工程需求和材料科学的进步,灌浆过程中采用的材料包括水泥砂浆、黄土、粉煤灰和其他化学灌浆材料(7- - - - - -10]。灌浆技术,开发各种灌浆方法如采用注浆管、注浆锚,灌浆锚电缆(11- - - - - -14]。灌浆机理而言,多个灌浆理论等不同的学者提出了多孔介质注浆,连续媒体灌浆,骨折媒体灌浆研究灌浆浆液的扩散规律及影响因素在岩体15- - - - - -19]。为了评估加强表演的灌浆,文章(20.取样和测试注浆体与煤和泥岩混合,分别。试验结果表明,水泥灌浆后的残余力量的岩石和化学浆灌浆可以增加0.7到2倍和1.5到6次,分别。根据新奥法隧道,定时添加巷道支架应该依据“溢价之间的兼容性的巷道围岩释放压力及其self-bearing能力,“它可以完全释放围岩的变形能,适当减少支持强度(21]。基于新奥法隧道,一些研究者提出了时间测定方法,主要和次要的支持添加到深软岩石巷道,大大丰富了围岩注浆加固理论(22- - - - - -24]。然而,上述的研究集中在单一巷道严重变形和忽略了巷道的加固需求影响下的裂隙水在较长一段时间。本文研究进行了重点支持所需的主斜井巷道。分析后的裂隙水的影响力学性能和巷道围岩的变形,通过应变软化结构模型中应用FLAC3D数值模拟软件,建立了数值模拟确定最佳时机增加灌浆加固主斜井。此外,方法和技术方案,确定合理的主斜井巷道注浆时机讨论了裂隙水,可以提供一些有见地的灌浆加固参考类似的条件。

2。屋顶的影响裂隙水对巷道围岩的稳定性

2.1。项目概述

的主斜井固城的总长度为2019米的倾斜程度15°和渗透地下92米的死亡。巷道的断裂面在基岩区需要一个形状的直墙半圆拱宽度6.4米和1.2米的高度。支持采用螺栓,群锚、喷水泥。涂水泥的总厚度约为200毫米。没有水的表面土层渗流是建立主斜井。另一方面,在基础部分,由于不确定水内容和适当的排水,水渗流发生在锚线的布局。观察水渗流的螺栓孔。一些螺栓孔遭受严重的渗水,以及周边地区的屋顶位移监测。严重的渗水已经危及支持道路和现场施工的影响。为了确保施工进度,没有更多的地脚螺栓孔钻的580米。 Instead, anchor mesh and coating cement were installed. No anchor cable was installed from 580 meters to 880 meters. Anchor cables were installed after 880 meters. The supporting parameters of the roadway section with water seepage and the appearances of the roadway are provided in Figures1和2在下面。

地下水是一个复杂的化学解决方案。地下水与岩石之间的相互作用下,岩石的物理和化学性质会改变包括宏观结构和孔隙度增加,岩石造成严重破坏。同时,增加孔隙渗透率和水压力的降低岩石的有效应力,导致低抗性的围岩变形。macrostrength和围岩的刚度相应进一步降低。另一方面,渗入水的压力下,地下水进入巷道围岩的裂隙发展动态,削弱了围岩和支护结构承载力,导致失败的锚杆支护结构和安全隐患。从长远看,地下水对支护结构构成威胁,尤其是对金属螺栓和电缆如铁锈和侵蚀,提高支护结构的失败的风险和危害主斜井的安全。

2.2。巷道围岩变形的数值模拟

应用FLAC3D数值模拟软件采用建立模型来评估水渗流的影响巷道围岩的变形。模型建立了基于岩层分布的物理属性从固城煤矿主斜井获得。岩层的参数表1在下面。模型的大小 。岩石损伤估计基于莫尔-库仑准则和应变软化模型。2.58 MPa被应用到模型的顶部没有限制应用。限制应用到左边和右边的模型。垂直限制应用于模型的底部。根据相关研究,渗水的道路是分为两个条件包括短期的巷道渗流(灌浆后半年内增加了建设)和巷道长期渗流(没有灌浆施工后)。强度降低是用于指示巷道的破坏力量,直到强度减少80%和50%的初始巷道强度(25]。

图3显示了巷道位移分布和统计数据。在正常情况下,主斜井巷道的变形控制要求更多的围岩在更高层次的支持下,这常常会导致有限的巷道变形。与普通道路,底部和顶部变形巷道的暴露在短期渗水增加了2.63倍和4.07倍的横向变形。相比之下,底部和顶部变形巷道的暴露在长期渗水增加了11.8倍和12.7倍的横向变形。测试表明,短期内渗水影响巷道有限的力量。然而,长期渗水会严重降低巷道强度。最主要的斜井通常有很长的使用寿命,只要50到60年。水渗流的负面影响巷道的强度主要是可能发生并持续一段时间,要求采取有效措施来控制巷道的渗水。

没有注意到主要地层的行为在一个短的时间。然而,煤矿主斜井位于固城需要有寿命长、要求高水平的支持。锚电缆中扮演着至关重要的角色主斜井的支持系统。在调查中,发现了大量的泥岩强度较低,这可以很容易地裂缝在开挖岩石的初始应力。裂缝会让水渗透发展,危及支持,施工进度。通常,首选的解决方案是泄水从屋顶。然而,由于大量的水和行程紧凑,结合灌浆的支持和锚选择电缆漏水的屋顶部分主斜井。

3所示。时间的数值模拟在巷道部分浆液与水渗流的主要倾向于轴

灌浆时间之间的时间间隔是指的第二个支持注浆锚索安装螺栓和喷水泥。领域的经验表明,新出土的道路并不适合灌浆后几天内开挖。在开挖后,道路仍在应力分布的过程,揭露的围岩容易损坏和变形的发展。如果过早进行灌浆,裂缝太小接受灌浆。同时,连续释放围岩的应力和变形能破坏固化注浆。如果灌浆进行为时不晚,围岩的变形已经过度开发。尽管良好的裂缝灌浆浆液的扩散,周围的岩石已经失去了它的承受能力,导致钢筋的影响有限。因此,一个良好的时机对灌浆对支持系统的有效性至关重要。

3.1。灌浆时间的影响有效渗透注浆圈厚度稳定泥浆在围岩

本质上来说,围岩的变形是一个过程的压力释放和转移,以及强度减少的过程。灌浆是为了巩固破碎和断裂的岩石峰后。应用FLAC3D数值模拟软件模拟凝固过程采用的注浆巷道渗水。应变和峰值后软化模型用于模拟岩石遭受的损失(26,27]。岩石的裂缝度与等效塑性剪切应变峰值后表示(28- - - - - -30.]。随着等效塑性剪切应变的增加,峰后岩石强度大幅降低。一般的凝聚力显著减少,而一般分数角度经历更少的变化。假设进行了灌浆时岩石仍断裂发展过程中,接地可以扩散到岩石的断裂区域,实现高效渗透状态。骨折区域实现有效渗透状态标记为一个有效的渗透循环。评价灌浆时间对固化效果的影响灌浆,灌浆是在以下的等效塑性剪切应变包括0.01,0.08,0.16,0.24,0.32,0.40,0.48,0.56,0.64和0.72。考虑到不同的损伤水平在不同地点内的岩石,最大值在断裂区域被选为等效塑性剪切应变。灌浆时间的影响灌浆砂浆的有效渗透的圈子,变形,并通过计算分析了损害。在数值模拟中,内部凝聚力和内部分数角度增加模拟灌浆效果。根据相关研究,灌浆的岩石的强度被假定为灌浆前的1.8倍。

水泥浆的流动和渗透范围的围岩取决于围岩内的裂缝发展。因此,灌浆后表现不同损伤状态下不同的峰值和泥浆的有效渗透率范围也是。与此同时,由于不同的围岩断裂状态在灌浆过程中,岩石的残余力量有效灌浆圈不同,影响灌浆强度,导致不同巷道围岩加固效果。图4显示了灌浆浆有效渗透的分布特征圆的围岩在不同灌浆时间。泥浆有效渗透的厚度圆和巷道围岩的变形在不同灌浆时间呈现在图4。

仿真结果表明,灌浆浆液的渗透范围增加以及灌浆的延迟。在骨折早期阶段,等效塑性剪切应变的增加导致骨折的快速发展,导致更多的裂缝空间。泥浆有效渗透圈的厚度从0.3提高到1.4。在中间断裂阶段,断裂空间增加速度较低。泥浆有效渗透圈的厚度从1.4提高到2.8。残余变形阶段围岩的应力重分布是完整的,和骨折区域扩张缓慢,导致一个稳定的泥浆有效渗透厚度圆。泥浆有效渗透的厚度圆代表灌浆浆液的渗透和扩散效应。更高的泥浆有效渗透厚度圆显示更广泛的渗透和灌浆浆液的扩散。然而,灌浆浆液渗透和扩散的范围并不是唯一决定性因素在泥浆凝固的强度,也取决于在灌浆过程中围岩的强度。通常,更高强度的围岩注浆过程中会导致更强的灌浆体。 An early grouting timing leads to a smaller range of permeation and diffusion and a stronger grouting body. On the other hand, a delayed grouting timing leads to a wider range of permeation and diffusion and a weaker grouting body. Therefore, a turning point was observed in the deformation curve of the roadway surrounding rock corresponding to the grouting time. A U shape was developed as the grouting timing was postponed, suggesting a reduction followed by an increase in the deformation of the roadway surrounding rock. This change suggests that an optimum timing range does exist to strive for a balance between the effective permeation range and the strength of the grouting slurry, resulting in an effective control to the deformation of the roadway surrounding rock.

3.2。的确定最优的支持

基于上述分析,最优灌浆时机是在0.16和0.32之间( )。然而,最大等效塑性剪切应变不能从现场测量获得。巷道变形可以测量容易,这是一个经常需要参数,可以作为一个指标来确定巷道的灌浆时机。根据仿真结果,当围岩的最大等效塑性剪切应变是在0.16和0.32之间( ),巷道顶板变形( ),横向变形( ),和底部变形( )是 , ,和 ,分别提出一个最佳的灌浆时间范围。

在现场应用,具体的工程地质条件应包括获得相对应的道路表面变形的最佳注浆时机巷道,紧随其后的现场监测巷道围岩的变形。当巷道围岩的变形达到变形对应于最优灌浆时间、灌浆应执行。

4所示。现场应用和加固效果

根据上面的分析和提出的巷道变形监测主斜井,灌浆应进行4到5个月后开挖达到有效控制巷道变形。不中断的施工进度,主斜井应加强与螺栓和喷射混凝土。二级钢筋应该添加4个月后开挖采用最新的空心注浆锚电缆是用八个伤口7毫米直径金属管制作的。封包包括密封夹,可扩展的柔性软管和硬塑料管子。

空心注浆锚索的维数是8300毫米长度和直径22毫米,如图5。安装每一行有三个灌浆锚电缆的距离 中间。喷浆主要是水泥(# 42.5标准硅酸盐水泥与水灰比的1:1.5)。ACZ-1代理也添加到泥浆,其中包含8%的水泥。密封夹组装在锚索体锚索时从工厂交付。当安装锚索,扩张软橡皮管应当有袖的第一,然后,应当有袖的塑料硬管。应当确认硬管50 - 80毫米孔开放。之后,塑料硬管应当通过特殊的送料装置,直到软胶管加压和扩展到密封的洞。灌浆电缆锚的布局图所示6。灌浆前,多个祈祷水泥点一直洋溢着水。安装后的灌浆锚电缆,沿着锚索孔裂隙水被排干,见图7。在灌浆后,裂隙水迁移除了灌浆区域的面积和没有更多的水渗漏检测。一段时间后,渗透水喷水泥被蒸发,没有观察到视觉渗水,显示在图8。

如图9,最大沉积在屋顶最多8毫米和6毫米在底部凸起。屋顶位移约14毫米。屋顶沉积略高于底部的膨胀;这表明由于屋顶裂缝水影响下,屋顶的岩石被削弱,导致比底部沉积。最大位移巷道的左翼和右翼是4毫米和7毫米,分别。总侧向位移达到11毫米。有限的巷道变形发生9天后灌浆锚杆的安装电缆,表明质量提供的加固灌浆锚巷道顶板。

5。结论

(1)渗透作用和流水的物理和化学效应倾向于降低巷道围岩的强度和承受能力。降解效果渗水扩展成指数增加,导致道路失败的风险增加(2)有效渗透范围增加,灌浆时间延迟,但不是灌浆体的强度,从而导致的减少巷道变形,其次是增加变形。因此,应该选择一个最佳注浆时机实现首选灌浆浆液渗透范围和灌浆体的强度,导致围岩变形的有效控制(3)结合数值模拟和现场监测,灌浆时间测定方法的基础上,提出了巷道的围岩变形主要斜井。现场应用程序演示了一个合适的灌浆时间可以有效控制顶板裂隙水渗透影响巷道围岩的变形在主斜井,改善巷道围岩的完整性,提高支护结构的承载能力,维护的安全性和巷道围岩的稳定性主斜井

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是支持的基础研究基金为中央大学(批准号ZY20200203)、地震应急的关键任务青年中国地震局(cea_edem - 202029)和自我融资项目的科学研究和发展计划廊坊科技局(批准号2020013046)。

引用

1. 问:吴,m . Wang,吴x”调查地下水冲进煤矿煤层地板从断层区,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上第41卷。。4、557 - 571年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. 曹张y s:张,c .赵”短块回填采矿的应用在中国西北保护地表水资源,”《清洁生产第121232条,卷。261年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. c . y .周:梁,z . Liu”的多重分形特征孔隙结构的红色床软岩在不同饱和度,”工程地质学报,28卷,不。1、1 - 9,2020页。视图:谷歌学术搜索
4. z, h·曹t . y . Wang和z l .倪”实验调查湖南西北部肿胀抑制页岩shale-fluid之间的相互作用下,“公告的科学和技术,35卷,不。12日6尺11寸,2019页。视图:谷歌学术搜索
5. x y·谢问:n . Chen c·黄和p .罗”的实验研究微观结构和单轴压缩试验的炭质板岩深埋隧道,”水文地质和工程地质卷,47号1,第102 - 96页,2020。视图:谷歌学术搜索
6. y z z . j .高,j . t . Liu李et al .,“水电化学特征和水文地球化学模拟孔隙地下水在拉萨河谷地区,”山东科技大学学报(自然科学),39卷,不。1、1 - 10,2020页。视图:谷歌学术搜索
7. t·f·顾z d .太阳,f·t·罗y . m . Liu k .郭和l .冯”实验研究黄土煤炭采空区充填灌浆材料”工程地质学报,22卷,不。1,第105 - 98页,2014。视图:谷歌学术搜索
8. g . c .严l . j .呗,z .问:张先生,t·杨和j·h·刘”实验和应用研究聚氨酯改性chloroaluminate水泥灌浆材料,”中国煤炭学会杂志》上,2020年,页1 - 7。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. h .梁l .风扇、h·魏和y z . Li”强度影响因素研究聚醚聚氨酯灌浆材料,”武汉科技大学学报,44卷,不。1,第176 - 172页,2020。视图:谷歌学术搜索
10. x m .关h·b·张,杨z . p . et al .,“高性能无机复合灌浆材料,研究”中国煤炭学会杂志》上,45卷,不。3、902 - 910年,2020页。视图:谷歌学术搜索
11. 郑胜耀郭”的历史机遇,发展困境和一些建议隧道和地下工程在中国,“隧道施工,39卷,不。10日,1545 - 1552年,2019页。视图:谷歌学术搜索
12. x和z h . j . Li Li d·胡“屋顶上freezing-sealing管水密封效果分析方法,”中国的地下空间与工程学报,11卷,不。3、751 - 758年,2015页。视图:谷歌学术搜索
13. y . d .问:Wang徐,徐,江,r .锅和b·h·刘”bolt-grouting泥浆扩散和强化机制的研究和应用在破碎围岩,”《采矿与安全工程,36卷,不。5,916 - 923年,2019页。视图:谷歌学术搜索
14. g . y . Wang和l .金”,研究隧道的动力响应动态载荷的作用下,“中国应用力学杂志》上,34卷,不。5,881 - 886年,2017页。视图:谷歌学术搜索
15. z l .周y l .赵z . Chen x m . Du和z . b . Wu”Meso-mechanism基于颗粒流的压实土壤中灌浆方法,”中南大学学报(科技),48卷,不。2、465 - 472年,2017页。视图:谷歌学术搜索
16. l .温z罗,y . g .秦w . Wang和k h .郑”有效扩散范围指数液体在崩溃领域基于n - s方程,”西南交通大学学报,55卷,不。1,第201 - 193页,2020。视图:谷歌学术搜索
17. l z,张问:s, r·t·刘,s . c . Li”灌浆在岩石断裂机制考虑slurry-rock应力耦合效应,”中国岩土工程杂志》上,40卷,不。11日,第2011 - 2003页,2018年。视图:谷歌学术搜索
18. j . p, b . h .姚明,y, d . k . Wang·f·崔和s .姚明,“灌浆流体扩散法和可变破碎煤质量渗流模型,”中国煤炭学会杂志》上,45卷,不。1,第212 - 201页,2020。视图:谷歌学术搜索
19. b·h·l .问:Wang Wang Liu江,h·j·张,和美国,“无效特征和力学性能的研究破碎围岩灌浆,”中国矿业大学和技术杂志》上,48卷,不。6,1197 - 1205年,2019页。视图:谷歌学术搜索
20. x y,采矿破坏机理和煤壁灌浆重建技术的滞后部分采空区侧入口、中国矿业大学技术、徐州,中国,2014。
21. 美国x Lei和w·赵”,研究圆周屈服机制支持软岩隧道大变形,“岩石和土力学第41卷。。3、1 - 8,2020页。视图:谷歌学术搜索
22. z s . k . Wu邵,s .秦”调查支持的隧道的力学行为产生支持流变岩石中,“中国的理论和应用力学学报,52卷,不。3、890 - 900年,2020页。视图:谷歌学术搜索
23. 沈y, f . x, x m .太阳,m . c .他j . Wang和m .杜”应力和变形规律,在第二重用巷道围岩由屋顶削减在“三软”煤层,”中国矿业大学和技术杂志》上卷,49号2、247 - 254年,2020页。视图:谷歌学术搜索
24. 张x太阳,b, l . Gan z道,和c .赵”的应用不断的抵抗和锚固在软岩公路隧道大变形,“土木工程的发展卷,2019篇文章ID 4347302, 19页,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. 郑胜耀朱,s . g .的歌,问:太阳,b .燕和c t·王”的特点,降低煤层地板深层岩石之间的相互作用过程和水在不同的测试条件下,“中国岩石力学与工程学报,33卷,补充1,第3237 - 3231页,2014年。视图:谷歌学术搜索
26. 李z s . Yu w·朱et al .,“动态加载引起的拱结构的不稳定性在矿业低于斜率,”国际岩石力学和采矿科学杂志》上第104343条,卷。132年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. y, C。'。唐、d·李和c·吴”,一个新的三维岩体节理抗剪强度准则,”岩石力学和岩石工程,53卷,不。3、1477 - 1483年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. l . g . y . l . Lu Wang b,和y . j .,“优化bolt-grouting软岩石巷道的时间。”岩石和土力学,33卷,不。5,1395 - 1402年,2012页。视图:谷歌学术搜索
29. l·马·杨,h .徐和z谢,“Post-yield岩盐的属性使用动员力量的概念组件和扩张角,“岩土工程和地质工程,35卷,不。6,2841 - 2849年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. 朱x、l . Tang和h .通“高频扭转冲击对岩石钻井的影响。”岩石力学和岩石工程卷,47号4、1345 - 1354年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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