岩体测的试技术.doc

《岩体测试技术 课程结业论文 技术探测底板破坏深度 学 院： 课程名称： 授课教师： 专业班级： 姓 名： 学 号在相似模拟试验中利用超声波检测 技术探测底板破坏深度 摘要： 关键词： 1引言 ]。采场底板变形与破坏是底板突水的重要影响因素，查阅相关文献[4-7]发现，国内外学者研究底板破坏深度和破坏形态主要有4种方法:理论计算、数值模拟、相似模拟和现场实测。其中相似模拟试验模型铺设简单，观测过程方便，可根据需要测得模型内各位置应力、位移等参数，进而得到直观的底板破坏规律。文献[8一9]设计了新的承压水模拟装置;文献[10一11]在二维试验台的基础上研制了三维固流祸合模拟试验台;文献[12 -13]研究试验装置的结构优化。可以看到目前的相似模拟试验研究重点都是加载系统和测试系统的完善，试验中底板破坏深度及破坏形态主要通过观察裂隙发育情况来判断，对采动后底板岩层物性变化研究较少。本文以赵固二矿11050工作面为原型进行相似模拟试验，在工作面回采过程中，监测底板应力、位移等参数，同时利用超声波检测技 术探测底板岩层波形变化，进而分析其物性变化，并结合岩体内部波速与力学特征的关系，给出底板破坏的判断标准。试验以石膏块模拟底板L8灰岩，这样既能有效地模拟承压水对底板岩层产生的垂直荷载，又可模拟承压水导升后水压发生局部降低的特征。该研究为承压水上开采工作面底板破坏深度探测提供借鉴。 1工程概况 赵固二矿11050工作面主采山西组二1煤层，埋深一680m，为单一近水平煤层，平均倾角5.5°，平均厚度6. 32m。工作面倾斜长度180 m，走向长度2131 m，采用走向长壁一次采全高综合机械化采煤法，全部垮落法管理顶板。煤层直接顶以砂质泥岩、泥岩为主，基本顶为细一粗粒砂岩;底板多为砂质泥岩和粉砂岩，局部为细粒砂岩，偶见炭质泥岩。工作面主要充水水源为底板L8灰岩，其平均厚度8. 22m，局部岩溶发育，富水性强，水压高达7 MPa，而隔水层平均厚度只有32.5 m。在如此复杂的水文地质条件下，采用大采高一次采全厚开采，支承压力在底板中的应力集中程度会更高，无疑会增大底板突水几率。 2相似模拟试验 由于L8灰岩岩溶裂隙发育，为了更好地反映其裂隙率，使其更符合实际，试验前制作若干尺寸为50mm x 140mm x 20mm(长x宽x高)的石膏块，模拟L8灰岩层，层状错位铺设，这样既能有效地模拟承压水对底板岩层产生的垂直荷载，又能清晰地观测试验过程中承压水导升水压局部降低后，含水层的运移特征，使测量结果更精确。 2. 1相似模拟比例确定及模型建立 根据相似模拟准则，结合本试验实际情况，确定相似比为:几何相似比aL = 1 : 200，容重相似比αγ=1: 1.6，强度相似比ασ= αL* αγ =1: 320，(αL)0.5=14。经简化后，模型各分层材料配比如表1所示。 试验台包括3个系统:框架系统、加载系统、监测系统。框架尺寸为1. 6m x0. 14m x 1. 3m(长x宽X高)，有效试验高度1. lm。加载系统包括2部分:模型顶部加载286kg金属块模拟上覆岩层自重;底部采用特定刚度弹簧组模拟水压。监测系统包括3部分:超声波探测;应力监测，在煤层下方40 mm岩层中埋设一排压力传感器，从距边界300mm处每隔100mm布置1个测点，共11个，从右至左依次编号1一11;位移监测，从煤层下方至L8灰岩，共布置1号、2号、3号3条水平测线，每条测线自边界处每隔100mm布置1个测点，共15个，从右向左依次编号1一15，具体布置如图1所示。模型左右两侧各留出300mm边界效应区，工作面自开切眼从右向左推进，每隔2h向前推进50mm，推进总长度为1000mm . 拟图1相似模拟试验台布置 2. 2相似模试验过程 试验重点观察开挖过程中底板破坏情况，如图2所示。为了便于和实际情况对比，文中在分析试验结果时，所涉及到的尺寸均是将试验数据按几何相似比转换为实际尺寸。 图2工作面顶底板破坏情 从图2可以看出:工作面推进60m时，直接顶初次垮落，基本顶出现离层裂隙，底板轻微鼓起。推进80 m时，基本顶初次垮落，底鼓量明显增大，同时在开切眼附近底板岩层产生垂直裂隙，裂隙深度约为8m。推进120 m时，采空区顶板大量垮落，底板被部分压实，底鼓现象缓和。推进140m时，工作面附近区域产生新的底鼓，同时在距离开切眼60m处，底板岩层产生新的垂直裂隙，裂隙深度约为16m。推进180 m时，工作面煤壁处，底板出现明显的破坏裂隙，同时原有垂直裂隙继续向深部扩展，岩层中横向小裂隙也逐渐