一種受不同采動(dòng)影響堅(jiān)硬巖體Hoek-Brown參數(shù)m、s的求取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于巖體力學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域，設(shè)及一種受不同采動(dòng)影響堅(jiān)硬巖體 Hoek-Brown參數(shù)m、S的求取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國(guó)，屬于堅(jiān)硬頂板的煤層約占S分之一左右，且分布在50%W上的礦區(qū)。堅(jiān)硬 頂板工作面懸頂大，礦壓顯現(xiàn)時(shí)間集中、強(qiáng)度大，對(duì)回采工作面構(gòu)成極大威脅，而且可能誘 發(fā)大的結(jié)構(gòu)突變失穩(wěn)，造成沖擊地壓等相關(guān)災(zāi)害，對(duì)煤層的安全開采構(gòu)成巨大威脅。大量研 究表明，巖體破壞是一種典型的非線性破壞，化ek-Brown準(zhǔn)則作為巖體經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則，由于 其能夠?qū)r體非線性破壞特征（現(xiàn)場(chǎng)開采影響）表現(xiàn)出來(lái)，因此，目前在工程實(shí)踐中得到較 為廣泛的應(yīng)用。m、s作為化ek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則中描述巖體宏觀特性的兩個(gè)重要參數(shù)，其取 值的正確與否，將直接關(guān)系著對(duì)工程安全性的正確判斷。
[0003] 我國(guó)絕大部分礦區(qū)賦含多煤層，下部煤層開采過(guò)程中對(duì)上部頂板造成重復(fù)損傷， 頂板損傷加劇并累積，微觀上從巖體強(qiáng)度出發(fā)，受不同采動(dòng)影響，巖體的化ek-Brown參數(shù) m、S不同，宏觀上則有可能造成一系列不良后果；輕則工作面強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)，煤壁片幫嚴(yán)重， 嚴(yán)重時(shí)煤柱破壞，可能會(huì)誘發(fā)覆巖空間大的結(jié)構(gòu)突變失穩(wěn)，造成沖擊地壓等嚴(yán)重災(zāi)害，對(duì)下 部工作面的開采安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
[0004] 目前工程地質(zhì)領(lǐng)域一般獲得霍克布朗參數(shù)的方法主要有：查表估計(jì)、巖體分類指 標(biāo)RMR、RMI及Q現(xiàn)場(chǎng)估算等常規(guī)計(jì)算方法。然而上述方法雖然能夠得出m、s，但存在W下缺 陷；①計(jì)算結(jié)果誤差較大，精度較低；②不同地域巖體組分、含量不同進(jìn)而造成了其呈現(xiàn)不 同的強(qiáng)度，很難用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)去判別；⑨對(duì)于受多次采動(dòng)影響的巖體時(shí)人為因素考慮較多， 計(jì)算結(jié)果更不準(zhǔn)確，有時(shí)甚至錯(cuò)誤。對(duì)于受不同采動(dòng)影響的堅(jiān)硬巖體化ek-Brown參數(shù)m、s 求取較少見到，且受現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件影響等，對(duì)于求取的m、S可靠度有待進(jìn)一步研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種受不同采動(dòng)影響堅(jiān)硬巖體化ek-Brown參數(shù)m、S的求 取方法，其采用如下技術(shù)方案：
[0006] 一種受不同采動(dòng)影響堅(jiān)硬巖體化ek-Brown參數(shù)m、S的求取方法，包括如下步驟；
[0007]S康前取巧
[000引根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，并結(jié)合巖層柱狀圖確定取巧的地點(diǎn)及巖性；制定取巧方案；將取 出的巖巧進(jìn)行密封處理；
[0009] S2采后取巧
[0010] 在本煤層開采之后，下煤層開采之前對(duì)開采煤層上覆巖層再次取巧，并將取出的 巖巧進(jìn)行密封處理；
[0011] 待下煤層開采之后，對(duì)開采過(guò)的上煤層頂板再次取巧，并將取出的巖巧進(jìn)行密封 處理；
[0012] S3標(biāo)準(zhǔn)試件加工
[0013] 對(duì)步驟Si和步驟S2取回的巖巧通過(guò)鉆取、切割、打磨=道工序，加工為標(biāo)準(zhǔn)試件；
[0014] S4將標(biāo)準(zhǔn)試件分類
[0015] 根據(jù)受采動(dòng)影響次數(shù)將加工完成的標(biāo)準(zhǔn)試件分為3類：第I類為未受采動(dòng)影響的 無(wú)損巖石試件；第II類為受一次采動(dòng)影響的巖石試件；第III類為受二次采動(dòng)影響的巖石試 件；
[0016] 其中，上述每一類巖石試件保證與層位巖性一一對(duì)應(yīng)；
[0017] Sg單軸、二軸試驗(yàn)
[0018] 將第I類巖石試件通過(guò)單軸壓縮試驗(yàn)獲取其單軸抗壓強(qiáng)度曰。i;
[0019] 對(duì)第II類試件進(jìn)行S軸試驗(yàn)，每組試樣分別施加5~40MPa的圍壓，然后施加軸 壓，直至試樣破壞，記錄整個(gè)加載過(guò)程的中荷載位移曲線；
[0020] 對(duì)第III類試件進(jìn)行與第II類試件相同過(guò)程的=軸試驗(yàn)；
[0021] Se求取Hoek-Brown參數(shù)的m、S值
[0022] 根據(jù)化ek-Brown準(zhǔn)則計(jì)算每組條件下的m值和S值，計(jì)算過(guò)程如下；
[002引將
變形為；（。1-03)2=m。ei+s0ci];
[0024] 式中，0 1、0 3分別為巖體破壞時(shí)的最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力，0為完整巖塊的 單軸抗壓強(qiáng)度，m、S為與巖體特性有關(guān)的材料常數(shù)；m反映了巖塊的堅(jiān)硬程度，其取值為 1X1(T~25 ;而S反映巖體的破碎程度，其取值范圍為0~1 ;
[002引對(duì)于第I類試件，令S= 1，利用3~5組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，取其平均值便可得出完整巖體 的m值；
[0026] 對(duì)于第II類試件及第III類試件利用至少4組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，獲得m、s值。
[0027] 進(jìn)一步，所述步驟Si中，取巧方案包括確定巖巧的直徑、寬度，打鉆取巧的角度、孔 深。
[002引進(jìn)一步，所述步驟Si和S2中，對(duì)巖巧密封處理的大致過(guò)程如下：
[0029] 巖巧取出后，利用保鮮袋在現(xiàn)場(chǎng)將巖巧密封，并貼上帶有巖巧所在層位及深度的 標(biāo)簽，并將各個(gè)巖巧裝于長(zhǎng)筒內(nèi)。
[0030] 進(jìn)一步，所述步驟S2中，再次取巧時(shí)，需保持相同層位巖性一致。
[0031] 進(jìn)一步，所述步驟S3中，標(biāo)準(zhǔn)試件的加工要求為：
[0032] ①標(biāo)準(zhǔn)試件為整齊的圓柱體，圓柱體直徑為50mm，標(biāo)準(zhǔn)試件的直徑應(yīng)大于巖石最 大顆粒尺寸的10倍；標(biāo)準(zhǔn)試件高度與直徑之比為2. 0 ;
[0033] ②標(biāo)準(zhǔn)試件兩端面不平整度誤差不得大于0. 05mm，標(biāo)準(zhǔn)試件高度和直徑的誤差不 得大于0. 3mm，端面應(yīng)垂直于標(biāo)準(zhǔn)試件軸線，最大偏差不得大于0. 25°。
[0034] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0035] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)不同損傷程度的堅(jiān)硬頂板打鉆取巧，通過(guò)室內(nèi)單軸壓縮及=軸壓縮 試驗(yàn)獲得了不同損傷狀態(tài)頂板典型巖石化ek-Brown參數(shù)m、S值。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1為本發(fā)明的整體操作流程圖。
[0037] 圖2為8#頂板取巧鉆孔布置圖，其中，8#采前取巧。
[003引圖3為8#頂板取巧鉆孔布置圖，其中，8#采后，11#采前取巧。
[0039] 圖4為8#頂板取巧鉆孔布置圖，其中，11#采后取巧。
[0040] 圖5為11#頂板取巧鉆孔布置圖，其中，8#采后，11#采前取巧。
[0041] 圖6為11#頂板取巧鉆孔布置圖，其中，11#采后取巧。
[0042] 圖7為本發(fā)明的實(shí)施例中的11#頂板典型完整細(xì)砂巖不同圍壓條件下應(yīng)力位移曲 線圖。
[0043] 圖8為本發(fā)明的實(shí)施例中的11#頂板典型完整粉砂巖不同圍壓條件下應(yīng)力位移曲 線圖。
[0044] 圖9為本發(fā)明的實(shí)施例中的8#頂板典型完整細(xì)砂巖不同圍壓條件下應(yīng)力位移曲 線圖。
[0045] 圖10為本發(fā)明的實(shí)施例中的8#頂板典型完整粉砂巖不同圍壓條件下應(yīng)力位移曲 線圖。
[0046] 圖11為本發(fā)明的實(shí)施例中的11#頂板典型細(xì)砂巖受一次采動(dòng)影響不同圍壓條件 下應(yīng)力位移曲線圖。
[0047] 圖12為本發(fā)明的實(shí)施例中的11#頂板典型粉砂巖受一次采動(dòng)影響不同圍壓條件 下應(yīng)力位移曲線圖。
[0048] 圖13為本發(fā)明的實(shí)施例中的8#頂板典型細(xì)砂巖受一次采動(dòng)影響不同圍壓條件下 應(yīng)力位移曲線圖。
[0049] 圖14為本發(fā)明的實(shí)施例中的8#頂板典型粉砂巖受一次采動(dòng)影響不同圍壓條件下 應(yīng)力位移曲線圖。
[0化日]圖15為本發(fā)明的實(shí)施例中的8#頂板典型細(xì)砂巖受兩次采動(dòng)影響不同圍壓條件下 應(yīng)力位移曲線圖。
[0化1] 圖16為本發(fā)明的實(shí)施例中的8#頂板典型粉砂巖受兩次采動(dòng)影響不同圍壓條件下 應(yīng)力位移曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0化2] 下面結(jié)合附圖W及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：
[005引地質(zhì)條件；某礦目前可采煤層主要為7#、8#、11-1#、12-2#。7#煤層位于煤系中部，直 接頂多為砂質(zhì)泥巖，基本頂W粉、細(xì)砂巖為主，局部含有中粗砂巖。8#煤層距7#煤層間距15m 左右，其老頂河北區(qū)由粉砂巖和中粗砂巖組成，向西漸變?yōu)榉?、?xì)砂互層。11#煤位于煤系下 部，距8#煤層間距35m左右。煤層層位穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。頂板W細(xì)砂巖為主，組織致密、 膠結(jié)良好、抗壓強(qiáng)度較高，煤系地層為保羅系大同組，煤層具有灰分低，揮發(fā)分高的特點(diǎn)，煤 質(zhì)單一，為良好的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤。11#8709工作面面長(zhǎng)160m，煤厚2.8m左右，工作面采用走向 長(zhǎng)壁后退式全部跨落法綜合機(jī)械化開采。下表1為采動(dòng)影響參數(shù)表：
[0054]表 1 [0 化 5]
[0化6] 上述表1中；①定義采動(dòng)影響次數(shù)是僅考慮本煤層及下部煤層開采對(duì)頂板影響， 未將上部煤層開采對(duì)底板影響計(jì)入其內(nèi)；②7#開采年代久遠(yuǎn)，上部詳情不知，無(wú)法取巧。 [0化7] -種受不同采動(dòng)影響堅(jiān)硬巖體化ek-Brown參數(shù)m、S的求取方法，包括如下步驟：
[00郎]S康前取巧
[0化9]