聶剛　陳俊智

摘要： 運(yùn)用TAW-2000B微機(jī)控制電液伺服巖石三軸試驗(yàn)機(jī)和SDAES數(shù)字聲發(fā)射檢測(cè)儀系統(tǒng)，在單軸壓縮條件下，對(duì)石灰?guī)r在應(yīng)力-應(yīng)變曲線全過(guò)程中不同階段的聲發(fā)射特征進(jìn)行分析，通過(guò)試驗(yàn)研究對(duì)巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線不同階段的聲發(fā)射特征進(jìn)行系統(tǒng)分析，在原巖開(kāi)挖后，立即進(jìn)行初噴混凝土等柔性支護(hù)，可以使圍巖能夠盡可能的變形，使其達(dá)到彈性變形的極限，開(kāi)始出現(xiàn)塑性變形支護(hù)效果最好，能充分發(fā)揮圍巖自身的穩(wěn)定性，這對(duì)何時(shí)進(jìn)行支護(hù)才能最大程度的發(fā)揮圍巖自身的穩(wěn)定性奠定理論基礎(chǔ)。

Abstract： TAW-2000B computer control electro-hydraulic servo rock triaxial testing machine and SDAES digital acoustic emission detector system are used to analyze the acoustic emission characteristics of rock stress-strain curve in different stages under the condition of uniaxial compression. After original rock excavation， flexible support like initial shotcrete is done immediately， so that the surrounding rock can deform as much as possible and reach the limit of elastic deformation. The supporting effect is best if it begins to appear plastic deformation， thus the stability of the surrounding rock can be well played. This can lay a theoretical foundation for making decision on when to carry out support to give full play of the stability of the surrounding rock.

關(guān)鍵詞： 巖石力學(xué)；聲發(fā)射；支護(hù)；圍巖穩(wěn)定性；應(yīng)力；應(yīng)變

Key words： rock mechanics；sound emission；support；stability of surrounding rock；stress；distortion

中圖分類(lèi)號(hào)：TU458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）05-0119-05

0 引言

隨著礦業(yè)工程的日益發(fā)展，在建井施工到礦井生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程中，圍巖支護(hù)作為一個(gè)分項(xiàng)工程，無(wú)論是在掘進(jìn)立井、斜井、平硐、巷道、硐室等施工中都起著至關(guān)重要的作用。而圍巖支護(hù)效果的好壞要從地應(yīng)力、圍巖自身穩(wěn)定性、支護(hù)方式、支護(hù)材料、施工方式、驗(yàn)收體系等方面綜合考慮。地應(yīng)力主要由自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力組成，由于目前對(duì)地應(yīng)力的理論與技術(shù)研究有限，只有自重應(yīng)力能夠計(jì)算出來(lái)，因此單純運(yùn)用地應(yīng)力理論來(lái)進(jìn)行分析，效果并不是很理想，有可能在數(shù)十米以外地應(yīng)力的數(shù)值就大不一樣，難以把握其中規(guī)律，而在其他因素中首要考慮的就是圍巖自身穩(wěn)定性，目前對(duì)于圍巖穩(wěn)定性的分析以聲發(fā)射技術(shù)最為普遍。五十年代初，Kaiser發(fā)現(xiàn)在金屬材料的形變過(guò)程中有聲發(fā)射現(xiàn)象，聲發(fā)射是材料中局域源快速釋放能量產(chǎn)生瞬態(tài)應(yīng)力波的現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱(chēng)AE，是一種應(yīng)力波傳播現(xiàn)象，在大部分材料中它看不到，聽(tīng)不到，只能用聲發(fā)射的相關(guān)儀器來(lái)進(jìn)行測(cè)量[1]。因此為了云南玉溪市新平縣自走鐵礦1530中段原巖開(kāi)挖后，能夠選取合理的支護(hù)方案，本人通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行石灰?guī)r取樣，在實(shí)驗(yàn)室將石灰?guī)r加工成試件，在剛性試驗(yàn)機(jī)上通過(guò)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)和數(shù)字聲發(fā)射檢測(cè)儀對(duì)試件在應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^(guò)程中產(chǎn)生的聲發(fā)射進(jìn)行分析，通過(guò)AE累計(jì)振鈴數(shù)，累計(jì)AE數(shù)，AE累計(jì)能量三個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)石灰?guī)r在應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^(guò)程中的聲發(fā)射特征，結(jié)合圍巖支護(hù)理論，確定合理的支護(hù)方案。

1 巖石聲發(fā)射試驗(yàn)

1.1 巖石試件加工

實(shí)驗(yàn)的巖體選自云南玉溪市新平縣自走鐵礦灰色細(xì)條板狀微晶石灰?guī)r，按照國(guó)標(biāo)《工程巖體實(shí)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50266-2013相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2]，先運(yùn)用姜堰市蘇陽(yáng)儀器機(jī)械廠生產(chǎn)的立式巖芯取芯機(jī)鉆取巖芯然后運(yùn)用切割機(jī)將巖芯大致切割到？準(zhǔn)50*100mm的圓柱體，最后用打磨機(jī)進(jìn)行打磨使試件表面光滑，不平整度小于0.02mm。姜堰市蘇陽(yáng)儀器機(jī)械廠立式巖芯取芯機(jī)如圖1所示。姜堰市蘇陽(yáng)儀器機(jī)械廠自動(dòng)巖石切割機(jī)如圖2所示。

1.2 聲發(fā)射試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)加載設(shè)備采用由長(zhǎng)春市朝陽(yáng)試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)TAW-2000B微機(jī)控制電液伺服巖石三軸試驗(yàn)機(jī)。通過(guò)北京聲華科技有限公司生產(chǎn)的SDAES數(shù)字聲發(fā)射檢測(cè)儀綁在試件上的探頭來(lái)采集巖石試件在加載過(guò)程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)并把聲發(fā)射信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中來(lái)進(jìn)行分析。TAW-2000B微機(jī)控制電液伺服巖石三軸試驗(yàn)機(jī)如圖3所示。北京聲華科技有限公司生產(chǎn)的SDAES數(shù)字聲發(fā)射檢測(cè)儀如圖4所示。

1.3 試驗(yàn)測(cè)試方法

在試驗(yàn)中，使用TAW-2000B微機(jī)控制電液伺服巖石三軸試驗(yàn)機(jī)和SDAES數(shù)字聲發(fā)射檢測(cè)儀同步進(jìn)行，加載速度為0.5MPa/s，加載方式為不間斷加載，直至巖石破壞，形成石灰?guī)r的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線，累計(jì)AE振鈴數(shù)-應(yīng)力-時(shí)間曲線，AE累計(jì)能量-應(yīng)力-時(shí)間曲線和累計(jì)AE數(shù)-應(yīng)力-時(shí)間曲線，通過(guò)累計(jì)AE振鈴數(shù)，AE累計(jì)能量，累計(jì)AE數(shù)對(duì)石灰?guī)r應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^(guò)程的聲發(fā)射特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 單軸壓縮條件下的石灰?guī)r應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^(guò)程中的聲發(fā)射特征

2.1 石灰?guī)r應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線

單軸壓縮條件下石灰?guī)r應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線如圖5所示，從圖5可以看出石灰?guī)r單軸壓縮條件下從對(duì)巖石施加荷載直到破壞大致經(jīng)歷4個(gè)階段，微裂隙壓密階段，彈性變形階段，裂隙發(fā)生和擴(kuò)展階段，裂隙不穩(wěn)定發(fā)展直到破裂階段 。一般巖石應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線大致經(jīng)歷5個(gè)，微裂隙壓密階段，彈性變形階段，裂隙發(fā)生和擴(kuò)展階段，裂隙不穩(wěn)定發(fā)展直到破裂階段，破裂后階段[3]。說(shuō)明石灰?guī)r沒(méi)有破裂后階段，接近抗壓強(qiáng)度時(shí)立即破壞，脆性較大，發(fā)生脆性破壞，殘余強(qiáng)度很小。石灰?guī)r應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線如圖5所示。

2.2 AE累計(jì)振鈴數(shù)

AE累計(jì)振鈴數(shù)表示超過(guò)門(mén)檻信號(hào)（40dB）的總震蕩次數(shù)。AE累計(jì)振鈴數(shù)如圖6所示。從圖6中可以看出巖石在持續(xù)加載過(guò)程中，最開(kāi)始累計(jì)振鈴數(shù)AE快速增長(zhǎng)，隨著施加荷載不斷增加，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到抗壓強(qiáng)度的20%以上時(shí)，累計(jì)振鈴數(shù)AE出現(xiàn)線性增長(zhǎng)，待施加荷載達(dá)到抗壓強(qiáng)度40%以上時(shí)，累計(jì)振鈴數(shù)出現(xiàn)急劇增長(zhǎng)。說(shuō)明石灰?guī)r內(nèi)部和表面的孔隙，裂隙很多，石灰?guī)r較為破碎，前期在軸向應(yīng)力的作用下孔隙，裂隙被壓密，累計(jì)振鈴數(shù)快速增長(zhǎng)，當(dāng)施加應(yīng)力達(dá)到抗壓強(qiáng)度的20%以上時(shí)石灰?guī)r出現(xiàn)彈性變形，這時(shí)累計(jì)振鈴數(shù)線性增長(zhǎng)，當(dāng)施加應(yīng)力達(dá)到抗壓強(qiáng)度40%以上時(shí)，石灰?guī)r內(nèi)部裂隙不穩(wěn)定發(fā)展，裂隙急劇擴(kuò)展，因此累計(jì)振鈴數(shù)開(kāi)始急劇增長(zhǎng)，繼續(xù)加載石灰?guī)r迅速出現(xiàn)破壞，說(shuō)明石灰?guī)r是脆性材料。

2.3 累計(jì)AE數(shù)

累計(jì)AE數(shù)表示試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)得的聲發(fā)射事件數(shù)目之和。累計(jì)AE數(shù)如圖7所示。從圖7可以看出加載初期，累計(jì)生發(fā)射數(shù)增加了1500個(gè)，說(shuō)明石灰?guī)r內(nèi)部和表面的孔隙，裂隙被壓密，隨著荷載緩慢加載累計(jì)聲發(fā)射數(shù)增加到1800個(gè)，說(shuō)明石灰?guī)r處于彈性變形階段，沒(méi)有新的裂隙產(chǎn)生，累計(jì)聲發(fā)射數(shù)較少，當(dāng)應(yīng)力從50MP增加到75MP時(shí)，累計(jì)聲發(fā)射數(shù)從1800增加到3000，說(shuō)明石灰?guī)r發(fā)生塑性變形，石灰?guī)r內(nèi)部產(chǎn)生新的裂隙，當(dāng)應(yīng)力接近抗壓強(qiáng)度時(shí)，石灰?guī)r迅速出現(xiàn)破壞，石灰?guī)r已經(jīng)沒(méi)有承載能力。石灰?guī)r在應(yīng)力-應(yīng)變的全過(guò)程中都有聲發(fā)射事件發(fā)生。

2.4 AE累計(jì)能量

累計(jì)AE能量表示試驗(yàn)過(guò)程中聲發(fā)射能量的總和。AE累計(jì)能量如圖8所示。從圖8可以看出累計(jì)AE能量在0-75s出現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)，說(shuō)明巖石發(fā)生彈性變形，在75s-150s石灰?guī)r出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，說(shuō)明石灰?guī)r產(chǎn)生塑性變形，在150s之后石灰?guī)r出現(xiàn)急劇增長(zhǎng)，說(shuō)明石灰?guī)r已經(jīng)開(kāi)始破壞。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

云南玉溪市新平縣自走鐵礦位于新平縣120°方向，井田范圍東西全長(zhǎng)8.3km，井田面積6.36km2，礦區(qū)地形南低北高，開(kāi)拓系統(tǒng)為平硐開(kāi)拓，共設(shè)1580，1530，1480三個(gè)中段，三個(gè)中段均與地表相通，其中1530中段正在進(jìn)行礦建一期工程，1530中段主要是石灰?guī)r巷道，屬于Ⅲ類(lèi)圍巖，巷道垂直走向布置，巷道斷面為直墻拱型，巷道斷面規(guī)格為2.5*2.7m2。

3.2 巷道破壞分析

綜合分析多個(gè)巷道支護(hù)實(shí)例和施工組織設(shè)計(jì)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，造成金屬礦巷道掘進(jìn)冒頂片幫事故的主要原因有以下三點(diǎn)：

①由于金屬礦山圍巖穩(wěn)定性比煤礦圍巖相對(duì)要好，并且根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)GB16423-2006《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》沒(méi)有GB6722-2011《煤礦安全規(guī)程》強(qiáng)制要求金屬礦山在巷道掘進(jìn)中嚴(yán)禁空頂作業(yè)，致使很多企業(yè)為了暫時(shí)性的節(jié)約成本和工期，沒(méi)有充分考慮鑿巖爆破后圍巖自身的穩(wěn)定性，不進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，空頂作業(yè)，致使冒頂造成人員傷亡，財(cái)產(chǎn)損失。

②沒(méi)有做到預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，動(dòng)態(tài)管理，沒(méi)有科學(xué)的支護(hù)體系，支護(hù)方案不合理，永久支護(hù)不及時(shí)。

③支護(hù)材料，支護(hù)強(qiáng)度，作業(yè)規(guī)程，驗(yàn)收體系沒(méi)有遵守相關(guān)法律法規(guī)。因此本人通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果并且對(duì)失敗的支護(hù)方案進(jìn)行總結(jié)，采用合理的圍巖支護(hù)理論，運(yùn)用石灰?guī)r聲發(fā)射特征進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，動(dòng)態(tài)管理，以確定云南玉溪市新平縣自走鐵礦1533中段石灰?guī)r巷道合理的支護(hù)方案，并對(duì)支護(hù)材料，支護(hù)作業(yè)，驗(yàn)收體系三方面進(jìn)行有效控制以保證支護(hù)方案的有效實(shí)施。

3.3 支護(hù)材料

云南玉溪市新平縣自走鐵礦1530中段進(jìn)行支護(hù)采購(gòu)的主要支護(hù)材料有水泥，粗細(xì)骨料，水玻璃，左旋無(wú)縱筋螺紋鋼樹(shù)脂錨桿，樹(shù)脂錨固劑，金屬網(wǎng)，工字鋼支架等。支護(hù)材料嚴(yán)格執(zhí)行采購(gòu)訂貨關(guān)，自檢，他檢，存儲(chǔ)和使用關(guān)四道工序。

①采購(gòu)訂貨關(guān)。材料供應(yīng)商提供材料時(shí)必須提供具有法定資質(zhì)檢測(cè)單位出具的《出廠合格證》和《出廠檢測(cè)報(bào)告》。

②自檢。無(wú)論是建設(shè)單位采購(gòu)材料還是施工單位采購(gòu)材料都要進(jìn)行自檢，對(duì)采購(gòu)材料的質(zhì)量負(fù)責(zé)，采購(gòu)材料以檢驗(yàn)批為單位執(zhí)行進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)關(guān)，必須具有在合同約定的具有法定資質(zhì)檢測(cè)單位出具的檢測(cè)報(bào)告，合格后才可以使用。

③他檢。根據(jù)國(guó)務(wù)院令 第279號(hào)《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例》未經(jīng)監(jiān)理工程師或建設(shè)單位工程師簽字，建筑材料，建筑構(gòu)配件和設(shè)備不得在工程上使用和安裝。

④存儲(chǔ)和使用關(guān)。材料的保管由施工單位承擔(dān)，相關(guān)的費(fèi)用在合同中約定，施工單位必須加強(qiáng)材料進(jìn)場(chǎng)后的存儲(chǔ)和使用管理，避免變質(zhì)，失效的材料造成質(zhì)量問(wèn)題。

3.4 支護(hù)方案

3.4.1 圍巖支護(hù)理論

在國(guó)內(nèi)外支護(hù)學(xué)者的不斷努力下，產(chǎn)生了許多支護(hù)理論，本次對(duì)云南玉溪市新平縣自走鐵礦1530中段進(jìn)行支護(hù)，主要采用新奧新法理論和聯(lián)合支護(hù)理論。

①新奧法理論。新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡(jiǎn)稱(chēng)，原文是New Austrian Tunneling Method 簡(jiǎn)稱(chēng)NATM。新奧法是奧地利學(xué)者拉布西維茲教授于20世紀(jì)50年代提出的，它是以隧道施工經(jīng)驗(yàn)和巖石力學(xué)為基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土結(jié)合在一起為主要支護(hù)手段的一種施工方法[4]。新奧法的核心是充分利用圍巖的自承作用，促使圍巖本身為支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，使圍巖與構(gòu)筑的支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成堅(jiān)固的承載環(huán)。即開(kāi)巷后立即噴射一層混凝土，封閉圍巖的暴露面，形成初期的柔性支護(hù)，該層噴層厚度小，且具有柔性，可隨圍巖變形，再布置錨桿或錨網(wǎng)，加固深部圍巖，從而使錨桿，噴層與圍巖組成共同的承載環(huán)（稱(chēng)為外供），支撐圍巖壓力，在初噴和打錨桿過(guò)程中，要求對(duì)圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)圍巖位移趨于穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)行復(fù)噴（稱(chēng)為內(nèi)拱），加強(qiáng)噴層抗力，提高安全系數(shù)，對(duì)于底板不穩(wěn)定，底鼓變形嚴(yán)重的，還應(yīng)盡快封閉，形成封閉的支護(hù)（稱(chēng)為二次支護(hù)），新奧法與傳統(tǒng)施工方法的區(qū)別是傳統(tǒng)方法認(rèn)為巷道圍巖時(shí)一種荷載機(jī)構(gòu)，應(yīng)用厚混凝土加以支護(hù)松動(dòng)圍巖，而新奧法認(rèn)為圍巖是一種承載機(jī)構(gòu)，柔性薄壁圍巖緊貼的支護(hù)結(jié)構(gòu)（以噴射混凝土，錨桿為主要手段）并使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成承載環(huán)，來(lái)承受壓力，并最大限度地保持圍巖穩(wěn)定，而不致松動(dòng)破壞[5]。

②聯(lián)合支護(hù)理論。聯(lián)合支護(hù)理論是由陸家梁，馮豫，鄭雨天等人在20世紀(jì)90年代總結(jié)新奧法的基礎(chǔ)上提出的。聯(lián)合支護(hù)理論認(rèn)為巷道支護(hù)，一味強(qiáng)調(diào)支護(hù)剛度是不行的，要先柔后剛，先挖后讓?zhuān)嶙屵m度，穩(wěn)定支護(hù)，先允許圍巖有適當(dāng)變形，再進(jìn)行穩(wěn)定支護(hù)[6]。

3.4.2 石灰?guī)r聲發(fā)射的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)大部分礦山巷道發(fā)生冒頂片幫主要原因是套用經(jīng)驗(yàn)法，采用一種固定的支護(hù)措施，沒(méi)有進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和動(dòng)態(tài)管理，支護(hù)不及時(shí)，支護(hù)不合理，從而引發(fā)安全事故。本人通過(guò)上述石灰?guī)r聲發(fā)射試驗(yàn)的分析，運(yùn)用石灰?guī)r聲發(fā)射特征對(duì)云南玉溪市新平縣自走鐵礦1530中段進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，動(dòng)態(tài)管理。

①通過(guò)圖6可以得出石灰?guī)r在前期軸向應(yīng)力的作用下，AE累計(jì)振鈴快速增長(zhǎng)，說(shuō)明石灰?guī)r內(nèi)部和表面的孔隙，裂隙很多，石灰?guī)r較為破碎，松散，這種聲發(fā)射現(xiàn)象預(yù)測(cè)巷道在鑿巖爆破之前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)，采用水泥漿和水玻璃雙液注漿，水玻璃作為速凝劑可以加快漿液的凝結(jié)時(shí)間，增加石灰?guī)r的物理力學(xué)性質(zhì)，防止巷道開(kāi)挖后頂板發(fā)生冒落。巷道施工作業(yè)方法采用掘支順序作業(yè)，施工作業(yè)方式采用滾班制，鉆爆法掘進(jìn)，爆破方法采用光面爆破，周邊眼多打眼少裝藥，盡可能的減小爆破對(duì)圍巖的震動(dòng)。

②通過(guò)圖6，圖7，圖8可以預(yù)測(cè)當(dāng)AE累計(jì)振鈴，累計(jì)AE數(shù)，AE累計(jì)能量出現(xiàn)線性增長(zhǎng)時(shí)，說(shuō)明石灰?guī)r處于彈性變形階段，結(jié)合3.4.2圍巖支護(hù)理論進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，此時(shí)石灰?guī)r巷道圍巖剛受開(kāi)挖擾動(dòng)，巷道應(yīng)力狀態(tài)由三維應(yīng)力狀態(tài)變成二維應(yīng)力狀態(tài)，此時(shí)選擇射混凝土進(jìn)行初噴，作為臨時(shí)支護(hù)。噴射混凝土本身屬于柔性支護(hù)，對(duì)巷道圍巖進(jìn)行支護(hù)后，不但可以防止圍巖風(fēng)化，使圍巖由二維受力轉(zhuǎn)換成三維受力，在緊貼巖面的情況下，還可以使巷道圍巖產(chǎn)生一定的變形，釋放一定能量，使其滿足圍巖與支護(hù)的共同承載支護(hù)理論。此道工序雖然在成本與進(jìn)度上可能會(huì)造成一定影響，但是可以在最大的程度上保證安全與支護(hù)質(zhì)量，個(gè)人認(rèn)為盡可能的保障安全，質(zhì)量才是節(jié)約成本與進(jìn)度的最好途徑，否則造成冒頂，巷道變形嚴(yán)重致使人員傷亡，財(cái)產(chǎn)損失，巷道挑頂，臥底返工，后果更為嚴(yán)重。

③通過(guò)圖6，圖7，圖8可以預(yù)測(cè)當(dāng)AE累計(jì)振鈴，累計(jì)AE數(shù)，AE累計(jì)能量出現(xiàn)急劇增長(zhǎng)時(shí)，說(shuō)明石灰?guī)r處于塑性變形階段，圖6，圖7還可以預(yù)測(cè)石灰?guī)r脆性很大，當(dāng)施加荷載接近抗壓強(qiáng)度時(shí)立即破壞，發(fā)生脆性破壞，沒(méi)有破壞后階段，說(shuō)明殘余強(qiáng)度很小。因此針對(duì)石灰?guī)r的聲發(fā)射特征，在石灰?guī)r處于塑性變形階段時(shí)，必須及時(shí)進(jìn)行永久支護(hù)，加強(qiáng)支護(hù)。此時(shí)選擇安裝錨桿，金屬網(wǎng)和復(fù)噴混凝土作為永久支護(hù)，聯(lián)合支護(hù)。進(jìn)行永久支護(hù)后，繼續(xù)應(yīng)用聲發(fā)射進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，如果AE累計(jì)振鈴，累計(jì)AE數(shù)，AE累計(jì)能量仍然出現(xiàn)線性增長(zhǎng)，說(shuō)明支護(hù)強(qiáng)度不夠，可以采用縮小錨桿間排距，復(fù)噴混凝土中加入鋼纖維，局部圍巖應(yīng)用剛性支護(hù)工字鋼支架，模板澆筑混凝土進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，直至聲發(fā)射相關(guān)數(shù)據(jù)收斂，穩(wěn)定為止。

3.5 支護(hù)作業(yè)

3.5.1 噴射混凝土支護(hù)

①混凝土配合比取1：2：2：0.5（水泥：砂子：石子：水），水泥品種選用硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度42.5級(jí)，砂子粒徑0.3-3mm，含泥量不超過(guò)5%，石子粒徑10-25mm，含泥量小于1%，選用干凈的水，速凝劑一般摻量為水泥用量的2.5%-4%。

②混合料采用機(jī)械攪拌，隨拌隨用，礦車(chē)運(yùn)輸，噴射工藝采用干式噴射法。

③鑿巖爆破后先進(jìn)行通風(fēng)安全檢查，敲幫問(wèn)頂，噴射開(kāi)始前，先用高風(fēng)壓，水清洗掉巖面的爆破粉塵和巖體節(jié)理中的斷層泥，以保證混凝土與巖面牢固黏結(jié)。

④?chē)娚渚嚯x應(yīng)控制在0.8-1.2m，噴射方向與噴射面垂直。

⑤噴射順序應(yīng)使噴頭螺旋運(yùn)動(dòng)，自下而上噴射。

⑥噴射混凝土初凝時(shí)間不小于5min，終凝時(shí)間不大于10min。

⑦噴射混凝土應(yīng)在2h后噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不小7d。

3.5.2 錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)

①使用錨桿鉆機(jī)鉆頂部錨桿孔，兩幫可以使用氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔。

②鉆孔時(shí)采用濕式鑿巖，做好防塵措施。

③鉆孔過(guò)程中要及時(shí)對(duì)鉆孔的角度，深度進(jìn)行測(cè)量。

④安裝錨桿前用水或壓風(fēng)將錨桿孔清理干凈。

⑤安裝錨桿時(shí)先頂部后兩幫，由外向內(nèi)。

⑥錨固方式采用全長(zhǎng)錨固，錨固錨桿時(shí)用錨桿鉆機(jī)按樹(shù)脂錨固劑先快后慢的順序，將錨固劑依次頂入孔底，再啟動(dòng)錨桿鉆機(jī)攪拌樹(shù)脂錨固劑，待錨固凝固后，安裝金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)采用鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑為6-8mm，網(wǎng)格為80*80mm，最后安裝托盤(pán)固定金屬網(wǎng)，擰緊螺母使托盤(pán)緊貼金屬網(wǎng)。

3.5.3 超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)

①超前小導(dǎo)管采用無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度4.5m，鋼管外徑42mm，管身設(shè)注漿孔，孔徑8mm，孔間距10cm，呈梅花型布置，前端成錐形，尾部30mm不鉆孔作為止?jié){墊，防止?jié){液溢出。

②注漿液采用水泥漿和水玻璃雙液注漿，水泥漿和水玻璃的配比取2：1，水泥品種選用硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度42.5級(jí)，水灰比1：2，水玻璃波美度22-40°Be。

③靜壓注漿，注漿初始?jí)毫σ话銥?.5MPa，終壓1MPa，擴(kuò)散半徑0.2m，超前小導(dǎo)管間距0.3m，注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。

④用氣腿式鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔，鉆孔過(guò)程中要及時(shí)對(duì)鉆孔的角度，深度進(jìn)行測(cè)量。

⑤安裝超前小導(dǎo)管用水或壓風(fēng)將鉆孔清理干凈。

⑥超前小導(dǎo)管沿巷道直墻拱輪廓線布置，并向外偏斜10°-14°，用錨桿鉆機(jī)安裝超前小導(dǎo)管。

⑦超前小導(dǎo)管安裝后，注漿開(kāi)始之前應(yīng)對(duì)開(kāi)挖面進(jìn)行噴射混凝土封閉。

⑧安裝孔口管，止?jié){墊，注漿泵，開(kāi)始進(jìn)行注漿，注漿順序先頂部再兩幫，注漿過(guò)程中要時(shí)刻觀測(cè)注漿壓力和注漿量的變化，分析注漿情況，防止跑漿，堵漿，漏漿。待達(dá)到注漿終壓后停止注漿。

⑨掘進(jìn)一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺后，超前小導(dǎo)管后端用工字鋼進(jìn)行支撐。

3.6 支護(hù)驗(yàn)收體系

①根據(jù)國(guó)務(wù)院令第279號(hào)《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例》未經(jīng)監(jiān)理工程師或甲方工程師簽字，施工單位不得進(jìn)行下一道工序的施工。嚴(yán)格執(zhí)行支護(hù)驗(yàn)收體系可以有效地保證支護(hù)質(zhì)量。

②由于云南玉溪市新平縣自走鐵礦屬于冶金系統(tǒng)所以執(zhí)行YB4913-2013《冶金礦山井巷工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》，YB4913-2013《冶金礦山井巷工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定主控項(xiàng)目經(jīng)抽驗(yàn)檢驗(yàn)，每個(gè)檢查點(diǎn)中的測(cè)點(diǎn)合格率應(yīng)不低于75%，一般項(xiàng)目的檢查點(diǎn)經(jīng)抽驗(yàn)檢驗(yàn)，每個(gè)檢查點(diǎn)中的測(cè)點(diǎn)合格率應(yīng)不低于70%。

3.6.1 噴射混凝土驗(yàn)收

主控項(xiàng)目：

①?lài)娚浠炷烈M(jìn)行見(jiàn)證取樣，取樣方法有噴模法，噴大板法，鉆取法，鑿取法，巷道每30-50m一組，每組不少于3塊，噴射混凝土強(qiáng)度不低于C15。

②噴射混凝土厚度不小于設(shè)計(jì)值的90%，噴射混凝土厚度不小于50mm，不超過(guò)200mm。

一般項(xiàng)目：

①?lài)娚浠炷帘砻娌黄秸炔淮笥?0mm。

②噴射混凝土基礎(chǔ)深度不小于設(shè)計(jì)值90%。

3.6.2 錨桿驗(yàn)收

主控項(xiàng)目：

①錨桿安裝牢固，托盤(pán)緊貼巖面，不松動(dòng)。錨桿擰緊扭矩不得小于100N*m。

②巷道每20-30m一組，每組不少于3根，錨桿拉拔力最低值不得小于設(shè)計(jì)值90%。

一般項(xiàng)目：

①錨桿孔深度允許偏差應(yīng)為0-50mm。

②錨桿外露長(zhǎng)度不應(yīng)大于50mm。

③錨桿間，排距允許偏差應(yīng)為-100-100mm。

④錨桿安裝角度不應(yīng)小于75°。

3.6.3 支架支護(hù)驗(yàn)收

主控項(xiàng)目：

①背板與巖幫應(yīng)充填背實(shí)。

②柱腿生根到巷道實(shí)底。

③支架間的拉桿和橫撐應(yīng)齊全，牢固。

一般項(xiàng)目：

兩架間的間距允許偏差為-50-50mm。

3.6.4金屬網(wǎng)驗(yàn)收

主控項(xiàng)目：金屬網(wǎng)應(yīng)安裝牢固，金屬網(wǎng)與巖壁之間的距離及金屬網(wǎng)與金屬網(wǎng)之間的搭接長(zhǎng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

一般項(xiàng)目：金屬網(wǎng)保護(hù)層的厚度應(yīng)不小于20mm。

4 結(jié)論

①單軸壓縮條件下從對(duì)石灰?guī)r施加荷載直到破壞大致經(jīng)歷4個(gè)階段，微裂隙壓密階段，彈性變形階段，裂隙發(fā)生和擴(kuò)展階段，裂隙不穩(wěn)定發(fā)展直到破裂階段，與一般巖石不同，石灰?guī)r沒(méi)有破裂后階段。

②單軸壓縮條件下，石灰?guī)r所受應(yīng)力接近抗壓強(qiáng)度時(shí)，石灰?guī)r迅速破壞，說(shuō)明石灰?guī)r脆性較大，發(fā)生脆性破壞，殘余強(qiáng)度很小，巷道開(kāi)挖后應(yīng)當(dāng)立即支護(hù)，產(chǎn)生塑性變形時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)支護(hù)，充分發(fā)揮圍巖自身的穩(wěn)定性。

③單軸壓縮條件下，石灰?guī)r應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^(guò)程中都有聲發(fā)射事件發(fā)生。

④單軸壓縮條件下，在前期施加荷載中（微裂隙壓密階段）累計(jì)聲發(fā)射數(shù)快速增長(zhǎng)，說(shuō)明石灰?guī)r內(nèi)部和表面的孔隙，裂隙較多，巷道圍巖較為破碎。

⑤單軸壓縮條件下，當(dāng)施加應(yīng)力達(dá)到抗壓強(qiáng)度的20%以上時(shí)，累計(jì)AE數(shù)和AE累計(jì)振鈴數(shù)出現(xiàn)線性增長(zhǎng)，說(shuō)明石灰?guī)r處于彈性變形階段。當(dāng)施加應(yīng)力達(dá)到抗壓強(qiáng)度的40%以上時(shí)累積AE數(shù)和AE累計(jì)振鈴數(shù)出現(xiàn)急劇增長(zhǎng)，說(shuō)明石灰?guī)r處于塑性變形階段。繼續(xù)加載巖石迅速出現(xiàn)破壞。

⑥單軸壓縮條件下，當(dāng)施加應(yīng)力達(dá)到抗壓強(qiáng)度的10%以下時(shí)能量增加的比較緩慢，當(dāng)施加應(yīng)力達(dá)到抗壓強(qiáng)度的10%以上時(shí)，能量出現(xiàn)快速增長(zhǎng)。

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