一种风氧化富水巷道局部失稳风险评估方法技术

本发明专利技术提供一种风氧化富水巷道局部失稳风险评估方法，通过随钻探测岩体强度指标及岩芯完整性指数方法、岩体水理性指标实验室测试方法、电镜扫描和X光衍射方法等，定量获得风氧化围岩强度衰减程度、完整性破坏程度、吸水渗透变异程度以及黏土类易膨胀矿物颗粒含量比率，风氧化富水岩体变异程度评估指标；然后实测风氧化富水百米巷道顶板离层量，实测风氧化富水百米巷道失效锚杆数量，对风氧化富水巷道离层突变致灾临界节点、失效锚杆数量、围岩塑性区扩展度等局部失稳风险主控因素进行定量与定性评估，获得风氧化富水巷道局部失稳风险评估指标，提高了特殊地质变异体及复杂水文条件下煤矿巷道局部失稳风险评估的科学性和可靠性。

A method for evaluating local instability risk of wind oxidation rich water tunnel

The invention provides a wind tunnel oxide water rich local instability risk assessment method, detection by drilling the rock mass strength index and core integrity index method, rock water rational index laboratory test method, scanning electron microscope and X ray diffraction method, the quantitative for rock strength and integrity of the degree of attenuation of air oxidation damage, water permeability the variation degree and easy expansion ratio of clay mineral particles content, oxidized water rich rock variability index; then measured wind water oxidation 100 meters of roadway roof separation, measured wind oxidation water rich 100 meters roadway failure quantity of bolt, the oxidized water rich mutation roadway abscission layer critical node, the number of anchor bolt failure disaster and the plastic zone surrounding the expansion degree of local instability risk controlling factors of quantitative and qualitative evaluation, obtain the wind tunnel oxide water rich local instability risk assessment The index improves the scientific and reliability of the local instability risk assessment of coal mine roadway under the special geological variants and complex hydrological conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种风氧化富水巷道局部失稳风险评估方法
本专利技术涉及风氧化富水巷道领域，尤其涉及一种风氧化富水巷道局部失稳风险评估方法。
技术介绍
风化破碎富水区域巷道是处于岩性变异、高水压地质环境，软弱破碎，具有整体不良工程地质性质的变异地质体。风氧化富水巷道的特殊地质变异体及复杂水文条件下煤矿巷道局部容易造成失稳，现有技术中，无法针对特殊地质变异体及复杂水文条件下煤矿巷道局部失稳风险进行评估，致使风氧化富水巷道掘进施工具有较大的风险。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本专利技术的目的在于，提供一种风氧化富水巷道局部失稳风险评估方法，局部失稳风险评估方法包括：步骤1：确定煤矿常规岩体单轴抗压强度值P常规、煤矿常规岩体完整性指标RQD常规值、煤矿常规岩体水理性指标值，吸水率λ常规、渗透系数η常规，煤矿常规岩体黏土类易膨胀矿物颗粒含量ω常规；步骤2：采用随钻探测岩体强度方法，获取风氧化岩体单轴抗压强度值P风氧化，对比风氧化岩体单轴抗压强度值P风氧化和煤矿常规该类岩体单轴抗压强度值P常规；计算风氧化岩体强度衰减率P′，即：风氧化岩体单轴抗压强度的衰减值与煤矿常规该类岩体单轴抗压强度的比值，计算公式为：步骤3：采用岩体完整性指标现场打钻取岩芯方法，获取风氧化岩体完整性指标RQD风氧化，对比风氧化岩体完整性指标RQD风氧化和煤矿常规该类岩体完整性指标RQD常规；计算风氧化岩体完整性变异系数RQD′；即：风氧化岩体完整性指标降低值与煤矿常规该类岩体完整性指标的比值，计算公式为：步骤4：采用岩体水理性指标实验室测试方法，获取风氧化岩体吸水率λ风氧化、渗透系数η风氧化，对比风氧化岩体吸水率λ风氧化、渗透系数η风氧化和煤矿常规该类岩体吸水率λ常规、渗透系数η常规，计算风氧化岩体吸水率变异系数λ′、渗透系数变异系数η′；步骤5：采用电镜扫描和X光衍射方法，获取风氧化岩体黏土类矿物颗粒含量指标ω风氧化，对比风氧化岩体黏土类矿物颗粒含量指标ω风氧化和煤矿常规该类岩体黏土类矿物颗粒含量指标ω常规；计算风氧化岩体黏土类矿物颗粒含量变异系数ω′；步骤6：依据风氧化岩体强度衰减率、完整性变异系数、吸水率变异系数、渗透系数变异系数、黏土类矿物颗粒含量变异系数对风氧化富水岩体变异程度进行定量评估，将风氧化程度划分为5类，即：未风氧化、微风氧化、弱风氧化、中等风氧化和强风氧化。优选地，步骤6之后还包括：步骤7：在风氧化富水岩体变异程度定量评估及分类的基础上，针对风氧化富水巷道局部失稳影响因素进行分析，风氧化富水巷道局部失稳影响因素包括：风氧化变异程度、百米巷道顶板离层量、百米巷道失效锚杆数量、围岩塑性区扩展；步骤8：采用光纤光栅离层实时精密监测装置现场实测风氧化富水百米巷道顶板离层量；步骤9：采用锚杆拉拔测试方法现场实测风氧化富水百米巷道失效锚杆数量；步骤10：采用计算机数值模拟方法分析风氧化富水巷道围岩塑性区扩展；依据风氧化富水巷道围岩现场实际地质条件，建立数值模拟模型，分析特定支护参数条件下巷道围岩塑性区发育、扩展情况，得出塑性区扩展区域面积S塑性区，则塑性区扩展度S′即为塑性区扩展区域面积S塑性区与巷道断面积S巷道之比，即：步骤11：依据风氧化变异程度、百米巷道顶板离层量平均值、百米巷道失效锚杆数量、围岩塑性区扩展度对风氧化富水巷道局部失稳风险进行定量评估，将风氧化富水巷道局部失稳风险划分为5个级别，分别对应5种围岩状态，即：Ⅰ级风险(稳定状态)、Ⅱ级风险(亚稳定状态)、Ⅲ级风险(近失稳状态)、Ⅳ级风险(临失稳状态)和Ⅴ级风险(失稳垮冒状态)。优选地，步骤4还包括：风氧化岩体吸水率变化值与煤矿常规该类岩体吸水率的比值，计算公式为：风氧化岩体渗透系数变化值与煤矿常规该类岩体渗透系数的比值，计算公式为：优选地，步骤5还包括：风氧化岩体黏土类矿物颗粒含量变化值与煤矿常规该类岩体黏土类矿物颗粒含量的比值，计算公式为：优选地，步骤8还包括：光纤光栅离层实时精密监测装置包括：离层监测组件、离层传输组件、离层实时显示记录组件；离层监测组件包括：锚头、钢丝绳、光纤光栅顶板离层监测仪；离层传输组件包括：传输光缆、FBG解调仪；离层实时显示记录组件包括：网络服务器、计算机；在风氧化富水巷道垂直顶板方向钻进一个穿过多个层位的钻孔，在钻孔内安装至少三个不同深度的锚头，三个锚头的一端分别用不同长度的细钢丝引导至孔外，细钢丝另一端与钻孔外的光纤光栅顶板离层监测仪连接，该光纤光栅顶板离层仪内部分别安装有三个性能相同的光纤光栅位移传感器，光纤光栅位移传感器上的尾纤与传输光缆一端连接，传输光缆另一端与FBG解调仪连接，FBG解调仪通过无线网络服务器与计算机连接，实现通过离层传输光缆将离层数据信息远距离传输至地面监控中心，地面监控中心的网络服务器实时储存数据信息，计算机与网络服务器连接，计算机实时显示数据信息。优选地，光纤光栅顶板离层监测仪高为25-30cm，底座直径为钢丝采用仪器专用钢丝绳，钢丝绳断面直径为0.8mm，位移传感器测量长度范围为0-20cm，精度为1.0mm。优选地，在巷道长度100m范围内，选取四个测试断面，四个测试断面的位置分别为巷道长度20m、巷道长度40m、巷道长度60m、巷道长度80m位置处，每个断面在顶板安装一套光纤光栅离层实时精密监测装置，共获取四个不同位置处的顶板离层数值，编号为L1、L2、L3、L4；则百米巷道顶板离层量平均值为优选地，步骤9还包括：在巷道长度100m范围内，选取四个测试断面的位置分别为：巷道长度20m位置处、巷道长度40m位置处、巷道长度60m位置处、巷道长度80m位置处，每个断面选取顶板两根锚杆做拉拔试验，共拉拔八根锚杆。从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：风氧化富水巷道局部失稳风险评估方法通过随钻探测岩体强度指标、岩芯完整性指数RQD、水理性指标、电镜扫描与X光衍射等，定量获得风氧化围岩强度衰减程度、完整性破坏程度、吸水渗透变异程度以及黏土类易膨胀矿物颗粒含量比率，获得风氧化富水岩体变异程度评估指标；然后通过光纤光栅离层实时精密监测装置实测风氧化富水百米巷道顶板离层量、锚杆拉拔测试方法实测风氧化富水百米巷道失效锚杆数量、计算机数值模拟方法监测风氧化富水巷道围岩塑性区扩展度，对风氧化富水巷道离层突变致灾临界节点、失效锚杆数量、围岩塑性区扩展度等局部失稳风险主控因素进行定量与定性评估，获得风氧化富水巷道局部失稳风险评估指标。本方法提高了特殊地质变异体及复杂水文条件下煤矿巷道局部失稳风险评估的科学性和可靠性，为煤矿特殊变异地质构造体围岩控制尤其是风氧化富水区域巷道掘进施工安全及风险等级评估提供科学依据。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例，对本专利技术保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。本专利技术提供一种风氧化富水巷道局部失稳风险评估方法，局部失稳风险评估方法包括：步骤1：确定煤矿常规岩体单轴抗压强度值P常规、煤矿常规岩体完整性指标RQD常规值、煤矿常规岩体水理性指标值，吸水率λ常规、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风氧化富水巷道局部失稳风险评估方法，其特征在于，局部失稳风险评估方法包括：步骤1：确定煤矿常规岩体单轴抗压强度值P

【技术特征摘要】
1.一种风氧化富水巷道局部失稳风险评估方法，其特征在于，局部失稳风险评估方法包括：步骤1：确定煤矿常规岩体单轴抗压强度值P常规、煤矿常规岩体完整性指标RQD常规值、煤矿常规岩体水理性指标值，吸水率λ常规、渗透系数η常规，煤矿常规岩体黏土类易膨胀矿物颗粒含量ω常规；步骤2：采用随钻探测岩体强度方法，获取风氧化岩体单轴抗压强度值P风氧化，对比风氧化岩体单轴抗压强度值P风氧化和煤矿常规该类岩体单轴抗压强度值P常规；计算风氧化岩体强度衰减率P′，即：风氧化岩体单轴抗压强度的衰减值与煤矿常规该类岩体单轴抗压强度的比值，计算公式为：步骤3：采用岩体完整性指标现场打钻取岩芯方法，获取风氧化岩体完整性指标RQD风氧化，对比风氧化岩体完整性指标RQD风氧化和煤矿常规该类岩体完整性指标RQD常规；计算风氧化岩体完整性变异系数RQD′；即：风氧化岩体完整性指标降低值与煤矿常规该类岩体完整性指标的比值，计算公式为：步骤4：采用岩体水理性指标实验室测试方法，获取风氧化岩体吸水率λ风氧化、渗透系数η风氧化，对比风氧化岩体吸水率λ风氧化、渗透系数η风氧化和煤矿常规该类岩体吸水率λ常规、渗透系数η常规，计算风氧化岩体吸水率变异系数λ′、渗透系数变异系数η′；步骤5：采用电镜扫描和X光衍射方法，获取风氧化岩体黏土类矿物颗粒含量指标ω风氧化，对比风氧化岩体黏土类矿物颗粒含量指标ω风氧化和煤矿常规该类岩体黏土类矿物颗粒含量指标ω常规；计算风氧化岩体黏土类矿物颗粒含量变异系数ω′；步骤6：依据风氧化岩体强度衰减率、完整性变异系数、吸水率变异系数、渗透系数变异系数、黏土类矿物颗粒含量变异系数对风氧化富水岩体变异程度进行定量评估，将风氧化程度划分为5类，即：未风氧化、微风氧化、弱风氧化、中等风氧化和强风氧化。2.根据权利要求1所述的风氧化富水巷道局部失稳风险评估方法，其特征在于，步骤6之后还包括：步骤7：在风氧化富水岩体变异程度定量评估及分类的基础上，针对风氧化富水巷道局部失稳影响因素进行分析，风氧化富水巷道局部失稳影响因素包括：风氧化变异程度、百米巷道顶板离层量、百米巷道失效锚杆数量、围岩塑性区扩展；步骤8：采用光纤光栅离层实时精密监测装置现场实测风氧化富水百米巷道顶板离层量；步骤9：采用锚杆拉拔测试方法现场实测风氧化富水百米巷道失效锚杆数量；步骤10：采用计算机数值模拟方法分析风氧化富水巷道围岩塑性区扩展；依据风氧化富水巷道围岩现场实际地质条件，建立数值模拟模型，分析特定支护参数条件下巷道围岩塑性区发育、扩展情况，得出塑性区扩展区域面积S塑性区，则塑性区扩展度S′即为塑性区扩展区域面积S塑性区与巷道断面积S巷道之比，即：步骤11：依据风氧化变异程度、百米巷道顶板离层量平均值、百米巷道失效锚杆数量、围岩塑性区扩展度对风氧化富水巷道局...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵启峰，张农，李桂臣，田多，刘媛媛，郭玉，石建军，王洋，师皓宇，郭敬中，郑宝明，
申请(专利权)人：华北科技学院，中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：河北,13