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硐室圍巖的穩定性和凍結法鑿井穿越巨厚沖積層時凍結壁溫度場的分析這兩大問題是當前深部開采井巷工程面臨的主要問題。通過對兩淮煤田沖積層常見土層和煤系地層常見巖層進行取樣,采用試驗方法研究兩淮煤田主要巖土體的電阻率特性,并結合凍結法鑿井、礦井巷道施工的工藝特點,提出電阻率法檢測凍結壁溫度場的數據采集、數據處理和基于電阻率法的圍巖松動圈檢測技術。并將研究成果運用到礦井凍結壁溫度場和圍巖松動圈檢測的工程實踐,取得了良好的效果。主要研究工作及成果如下:(1)在高密度電阻率法擬斷面的記錄點對應深度方面存在著經驗性,使其在工程應用方面存在局限性。根據點電場的基本理論,并結合最新的電阻率勘探數據采集技術——并行電法勘探和跨孔地震勘探的特點,提出擬地震式單極——單極跨孔直流電阻率CT技術的數據采集方式,并編制數據處理軟件,為電阻率法檢測凍結壁提供數據采集與處理方法。(2)通過對淮南煤田朱集煤礦沖積層主要土層進行取樣,首先,將目前土體導電性測試常用裝置和高密度電阻率法勘探技術相結合,研究常溫下土體電阻率與土性(顆粒級配)、含水量和密度(或密實度)之間的關系,并擬合出不同土體的電阻率與含水量、密度的回歸方程;其次,研究凍土電阻率的測試方法,并結合兩淮地區的沖積層土層含水量與密度、地溫特點和凍結法鑿井的凍結鹽水溫度與凍結壁平均溫度設計,研究土體在一定含水量、密度條件下,電阻率與溫度的關系。并擬合出相關度較高的不同土體的溫度–電阻率(t-ρ)回歸方程,這些方程是電阻率法檢測凍結壁溫度場的基礎。(3)通過對兩淮煤田煤系地層主要巖層進行取樣,研究巖體的電阻率與應力(或應變)的關系。通過試驗發現了取材方便、性能良好的電極與巖石耦合材料——過飽和黏土,擬合出相關度較高的不同巖體的應力–電阻率(σ-ρ)回歸方程,這些方程是電阻率法檢測硐室圍巖穩定狀態的基礎。(4)在單極——單極跨孔直流電阻率CT勘探技術研究成果的基礎上,提出了電阻率檢測凍結法鑿井凍結壁溫度場的施工工藝、數據采集與數據處理方法,并結合土體導電性試驗獲得的溫度與電阻率的回歸方程,分析凍結壁的發展狀況。該技術已成功應用于兩淮煤田凍結法鑿井凍結壁溫度場分析的工程實踐。(5)地下峒室的穩定性是礦井安全、高效生產的重要因素,為了確保地下峒室的穩定性,必須采用經濟、合理的支護方式。基于圍巖松動圈范圍的大小及其空間分布規律對選擇峒室支護方式的重要性,利用高密度電阻率法勘探的原理并結合地下峒室開挖與支護的施工特點,提出利用錨桿鉆機鉆孔、錨固劑封閉孔口、簡易壓力容器注漿封孔、高密度電阻率法采集數據的松動圈測試技術,結合巖石導電性試驗獲得的應力與電阻率的回歸方程,研究硐室開挖與支護后其圍巖的變形程度與導電性的關系,分析圍巖松動圈的發展狀況。該技術已成功應用于兩淮礦井巷道圍巖松動圈測試的工程實踐。
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