CN108506033A - 一种实验室内确定锚注支护最佳注浆时机的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实验室内确定锚注支护最佳注浆时机的方法，基于岩石内部裂隙发育程度与注浆固结体强度之间的变化规律，通过双轴流变与注浆耦合试验，获得注浆时机与注浆后试样单轴抗压强度之间的关系曲线，进而分析获得最佳注浆时间，突破了传统锚注支护设计中凭经验确定注浆时机的瓶颈，实现了锚注支护最佳注浆时机的科学、合理确定；本发明思路清晰，理论依据合理、可操作性强，为煤矿巷道锚注支护注浆时机选择提供了重要的方法，具有显著的指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种锚注支护注浆时机的确定方法，具体涉及一种在实验室内确定煤矿巷道围岩锚注支护最佳注浆时机的方法，属于煤矿巷道支护领域。
背景技术
锚注支护是锚杆支护与注浆加固相结合的联合支护方法，其基于锚杆的主动支护原理，实现锚、注一体，增强了锚杆支护的效果，改善了围岩的整体性，显著提高了围岩强度和承载能力。大量实践表明，锚注支护对于软岩巷道流变大变形具有较好的控制效果，得到了广泛的应用和推广。
注浆时机是巷道围岩锚注支护实施过程中的一个关键性参数，对巷道支护效果具有很大的影响，注浆时机的选择决定着锚注支护的成败。注浆过早，围岩中张开裂隙尚未形成，浆液难以注入；注浆过晚，围岩变形严重，裂隙过度发育，注浆难以改善围岩的承载能力，导致巷道失稳破坏。基于此，研究锚注支护的注浆时机对于煤矿巷道锚注支护设计和施工具有重要的现实指导意义，引起了国内众多学者的关注。
在现有技术中，注浆时机选择时常用的方法有：(1)经验法，根据现场工程经验，一般取巷道掘进后15～20d注浆；(2)最佳支护时间原理，选择巷道位移变化速率由快到趋于平缓的拐点作为注浆加固支护的最佳时间；(3)围岩裂隙系数法。认为围岩中裂隙系数4％～5％时，实施注浆效果最好，此时围岩大部分裂隙已张开且又尚未产生大变形和冒落；(4)等效塑性应变法，考虑围岩的损伤破裂状态，以等效塑性应变来表示峰后岩石的破裂程度，通过数值模拟研究最佳注浆时机所对应的围岩等效塑性应变值，进而得到最佳注浆时的围岩破裂程度。上述前三种方法对于注浆时机的选择缺乏必要的理论依据，具有较大的盲目性；而最后一种方法，需要借助数值模拟手段，现场可操作性差，且数值模拟研究结果往往与实际情况具有一定的差异。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提出一种实验室内确定锚注支护最佳注浆时机的方法，可以实现在实验室内完成对特定地质条件下巷道围岩锚注最佳注浆时机的选择。
本发明所述的一种实验室内确定锚注支护最佳注浆时机的方法，具体步骤如下：
步骤1)：煤矿井下现场采集巷道围岩的岩石样本，用保鲜膜密封运至实验室，在实验室内将采集的样本进行切割，加工成规格为100mm×100mm×100mm的正方体试样；
步骤2)：煤矿巷道开挖后围岩由三向应力状态逐渐调整为双向应力状态，巷道围岩在长期的双向应力状态下发生流变变形破坏，获得巷道围岩所处的双向应力状态，对加工好的正方体试样进行双轴压缩流变试验，获得试样流变破坏全过程应力-时间曲线；
步骤3)：在试样流变破坏全过程曲线选择n个具有代表性的状态点，将试样流变破坏全过程曲线分成n+1个阶段；
步骤4)：取n个正方体试样分别进行相同条件下的双轴压缩流变试验，并分别在n个不同的流变状态点进行注浆，注浆结束后停止流变试验，在本步中n个试样的注浆压力和注浆时间要保持相同；
步骤5)：将注浆后的试样从试验机上取出放置恒温试验箱中，进行14天的常温保养，然后对注浆加固后的试样进行单轴压缩试验，获得不同注浆时机下试样的单轴抗压强度，绘制注浆时机与注浆后试样单轴抗压强度之间的关系曲线；
步骤6)：研究表明，随着岩石内部裂隙发育程度的增加，注浆固结体强度整体呈先降低后增大再降低的变化趋势；依据上述规律，并根据注浆时机与注浆后试样单轴抗压强度之间的关系曲线，将曲线峰值点对应的状态点视为注浆加固的最佳状态，该状态点对应的流变时长即为最佳注浆时间。
本发明是通过室内试验的方法获得注浆时机与注浆固结体强度(单轴抗压强度)的关系曲线，进而确定巷道锚注支护的最佳注浆时机，以达到提高锚注支护效果的目的。
本发明的积极效果：
1.基于岩石内部裂隙发育程度与注浆固结体强度之间的变化规律，通过双轴流变与注浆耦合试验，获得注浆时机与注浆后试样单轴抗压强度之间的关系曲线，进而分析获得最佳注浆时间，突破了传统锚注支护设计中凭经验确定注浆时机的瓶颈，实现了锚注支护最佳注浆时机的科学、合理确定；
2.本发明思路清晰，理论依据合理、可操作性强，为煤矿巷道锚注支护注浆时机选择提供了重要的方法，具有显著的指导意义。
附图说明
图1是本发明岩石双轴压缩流变-注浆耦合试验示意图；
图2是本发明试样流变破坏全过程曲线及代表性状态点设置示意图；
图3是本发明最佳注浆时机的确定示意图。
图中，1-竖向压头；2-横向压头；3-浆液入口；4-压板；5-反力墙；6-岩石试样；7-密封垫；8-试样流变破坏全过程应力-时间曲线；9-注浆时机与注浆后试样单轴抗压强度之间关系的拟合曲线。
具体实施方式
实施例1
如图所示，本发明的实验室内确定锚注支护最佳注浆时机的方法包括以下步骤：
步骤1)：煤矿井下现场采集巷道围岩的岩石样本，用保鲜膜密封运至实验室，在实验室内将采集的样本进行切割，加工成规格为100mm×100mm×100mm的正方体岩石试样6(见图1)；将正方体岩石试样6放置在由六个压板4围合成的正方体容器内，其中顶部压板4的上方设置竖向压头1，左侧的压板4外部设置横向压头2；右侧和底部压板4的外部分别设置反力墙5，各压板4的连接部设置密封垫7；且顶部压板4开设有浆液入口3，并在底部设有透水板；
步骤2)：煤矿巷道开挖后围岩由三向应力状态逐渐调整为双向应力状态，巷道围岩在长期的双向应力状态下发生流变变形破坏，获得巷道围岩所处的双向应力状态，根据巷道围岩所受双向应力值大小σ1和σ2(见图1)，对加工好的正方体岩石试样6进行双轴压缩流变试验，获得试样流变破坏全过程应力-时间曲线8(见图2)；
步骤3)：在试样流变破坏全过程曲线选择n个具有代表性的状态点，将试样流变破坏全过程曲线分成n+1个阶段(见图2)，图中n＝7，7个代表性特征点分别为t1～t7；
步骤4)：取n个正方体试样分别进行相同条件下的双轴压缩流变试验，并分别在n个不同的流变状态点进行注浆(见图2)，7个试样分别在t1～t7处开始注浆，浆液从浆液入口3注入，注浆结束后停止流变试验，在本步骤中n个试样的注浆压力和注浆时间要保持相同；
步骤5)：将注浆后的试样6从试验机上取出放置恒温试验箱中，进行14天的常温保养，然后对注浆加固后的岩石试样6进行单轴压缩试验，获得不同注浆时机下试样的单轴抗压强度σc，绘制注浆时机与注浆后试样单轴抗压强度之间关系的拟合曲线(见图3)；
步骤6)：研究表明，随着岩石内部裂隙发育程度的增加，注浆固结体强度整体呈先降低后增大再降低最后趋于稳定的变化趋势；依据上述规律，并根据注浆时机与注浆后试样单轴抗压强度之间关系的拟合曲线9，将曲线峰值点σ峰对应的状态点t4视为注浆加固的最佳时机，该状态点对应的流变时长t4即为最佳注浆时间(见图3)；表明，巷道开挖t4时间后开始注浆，这时巷道围岩锚注支护的效果最佳。
Claims (3)
1.一种实验室内确定锚注支护最佳注浆时机的方法，其特征在于，包括以下：
步骤1)：煤矿井下现场采集巷道围岩的岩石样本，用保鲜膜密封运至实验室，在实验室内将采集的岩石样本进行切割，加工成正方体岩石试样；
步骤2)：煤矿巷道开挖后围岩由三向应力状态逐渐调整为双向应力状态，巷道围岩在长期的双向应力状态下发生流变变形破坏，获得巷道围岩所处的双向应力状态，对加工好的正方体试样进行双轴压缩流变试验，获得试样流变破坏全过程应力-时间曲线；
步骤3)：在试样流变破坏全过程曲线选择n个具有代表性的状态点，将试样流变破坏全过程曲线分成n+1个阶段；
步骤4)：取n个正方体试样分别进行相同条件下的双轴压缩流变试验，并分别在n个不同的流变状态点进行注浆，注浆结束后停止流变试验，在本步中n个试样的注浆压力和注浆时间要保持相同；
步骤5)：将注浆后的试样从试验机上取出放置恒温试验箱中，进行14天的常温保养，然后对注浆加固后的试样进行单轴压缩试验，获得不同注浆时机下试样的单轴抗压强度，绘制注浆时机与注浆后试样单轴抗压强度之间的关系曲线；
步骤6)：随着岩石内部裂隙发育程度的增加，注浆固结体强度整体呈先降低后增大再降低的变化趋势；依据上述规律，并根据注浆时机与注浆后试样单轴抗压强度之间的关系曲线，将曲线峰值点对应的状态点视为注浆加固的最佳状态，该状态点对应的流变时长即为最佳注浆时间。
2.根据权利要求1所述的一种实验室内确定锚注支护最佳注浆时机的方法，其特征在于，岩石试样的规格为100mm×100mm×100mm。
3.根据权利要求1所述的一种实验室内确定锚注支护最佳注浆时机的方法，其特征在于，步骤2)中，对加工好的正方体试样进行双轴压缩流变试验所使用的工具为，由六个压板围合成的正方体容器，其中顶部压板的上方设置竖向压头，一侧的压板外部设置横向压头；另一侧压板和底部压板的外部分别设置反力墙，各压板的连接部设置密封垫；且顶部压板开设有浆液入口，并在底部设有透水板。
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