滲水泥化巷道失穩(wěn)機理與安全控制對策.pdf

1、本文針對淮北礦區(qū)高應(yīng)力、圍巖松散破碎、泥質(zhì)巖性、受水影響顯著等復(fù)雜地質(zhì)條件下的滲水泥化巷道圍巖穩(wěn)定控制技術(shù)難題開展了深入研究，通過深入細(xì)致的工程地質(zhì)調(diào)研，結(jié)合實驗室試驗、分子模擬及數(shù)值計算，分析了高承壓水侵入巷道失穩(wěn)原因，揭示了浸水泥巖泥化流變演化規(guī)律，得到了滲水泥化巷道失穩(wěn)機理，研發(fā)了適用泥化巷道圍巖控制的安全控制對策，研究成果如下：
　?。?）通過深入細(xì)致的現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)巷道是在泥質(zhì)軟巖、地板承壓水及各種應(yīng)力擾動的共同作用下出

2、現(xiàn)圍巖泥化流變，最終導(dǎo)致巷道滲流失穩(wěn)，其失穩(wěn)變形本質(zhì)上是圍巖滲流場、應(yīng)力場、損傷場三者相互耦合的結(jié)果，而滲流水對圍巖的侵蝕是巷道變形破壞的關(guān)鍵因素。
　　（2）通過掃描電鏡與X射線衍射儀對典型泥巖的微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成進(jìn)行分析，并借助Materials Studio（簡稱MS）軟件建立了蒙脫石的雙晶胞結(jié)構(gòu)模型，揭示了蒙脫石吸附水分子形成1、2、3層飽和水分子層的水化過程，結(jié)合蒙脫石型泥巖不同浸水程度的微觀結(jié)構(gòu)變化，研究了隨著粘土礦物

3、水化程度加強，泥巖微觀顆粒脫落、裂隙增加，致使泥巖在宏觀上出現(xiàn)泥化流變破壞現(xiàn)象的過程。
　?。?）運用MS軟件forcite模塊對吸附1、2、3層飽和水分子層的蒙脫石模型進(jìn)行分子能量優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)蒙脫石分子模型多面體結(jié)構(gòu)發(fā)生不規(guī)則變化，模型總能量大幅度下降，形成能量最小化結(jié)構(gòu)體系，致使泥巖力學(xué)性能降低直至喪失力學(xué)強度，直接導(dǎo)致了泥巖微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，最終形成無強度的泥化混合物。
　?。?）采用數(shù)值模擬手段研究了滲水泥化巷道位移變

4、化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)泥化巷道開挖后迅速發(fā)生變形，頂?shù)装寮皟蓭鸵平窟_(dá)到1500mm，巷道凈斷面面積縮小50％，泥化圍巖根本無法維持巷道穩(wěn)定。
　?。?）針對滲水泥化巷道失穩(wěn)機理，制定一套疏水降壓、強化圍巖及構(gòu)造高強度支護(hù)體系的安全控制對策，其本質(zhì)在于疏導(dǎo)承壓水的基礎(chǔ)上，置換原有的泥化圍巖為混凝土墻體，并配以注漿手段不斷提高泥巖自身整體強度和穩(wěn)定性，從而構(gòu)建多噴漿層、高度密貼巖面的強韌封層結(jié)構(gòu)，形成巷道支護(hù)圈體。
　?。?）在淮北礦區(qū)