龙口矿区软岩分类及支护技术研究.pdf

论文题目 龙口矿区软岩分类及支护技术研究 作者姓名型金星 入学时间 圣Q 墨生壁且 专业名称建笾生丕王程研究方向蚩王猩． 指导教师蕉查塞 职 称塾攫 副指导教师芝国迸 职 称直级王程匝 论文提交E l 期 论文答辩E l 期 授予学位日期 星Q 羔昼刍E 互且 星Q 羔垦生鱼且 S T U D Y0 FS o F TR O C KC L A S S I F I C A T I o NA N DI T S S U P P O R TT E C H N o L O G YI NL O N G K o UM I N I N G AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to f t h er e q u i r e m e n t so ft h ed e g r e eo f M A S T E Ro FE N G l N E E R J N G f r o m S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y L i uJ i n z h o n g S u p e r v i s o r P r o f e s s o rY o uC h u n ’a n C o l l e g eo fC i v i lE n g i n e e r i n ga n dA r c h i t e c t u r e M a y2 0 1 5 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公 认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于 其它任何学术机关作鉴定。 A F F I R M A T I o N 硕士生签名 日 与。| 备一1 如 茹l 生．参 6 Id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ea w a r do fM a s t e ro fP h i l o s o p h yi nS h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y , i sw h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa c k n o w l e d g e ．T h e d o c u m e n th a sn o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o na ta n yo t h e ra c a d e m i c i n s t i t u t e ． s i 删一厶删陟 D a t e ．彦。 r ∥．乡 山东科技大学硕士学位论文 摘要 摘要 本文主要进行了软岩分类及软岩支护两个方面的工作。研究软岩巷道支护问题，必 须进行软岩分类，根据软岩分类的结果，针对不同类别的围岩提出不同的支护对策，可 以为巷道合理支护和煤层安全开采提供科学依据。 软岩分类包括两个方面的内容确定评价指标和评价指标的数据处理。根据龙口矿 区软岩的自身特点，本文确定了岩石强度指标 单轴抗压强度、粘聚力、内摩擦角 、 膨胀性指标 有效蒙脱石含量、岩块干燥饱和吸水率、岩块膨胀率、自由膨胀率 、自 稳性指标 完整性、风化程度、自稳时间 、工程环境指标 埋深、地下水、扰动影响 距离 ，共计1 3 种评价指标。 评价指标的数据处理，本文采用人工神经网络建立B P 神经网络模型进行龙口矿区 软岩分类评价指标的数据处理。影响龙口矿区软岩类别的评价指标与软岩类别之间的关 系是一种高度的非线性关系，很难推导出来切实可行、计算方便的显性解析表达式。基 于M A T L A B 神经网络工具箱，建立评价指标与软岩类别之间的联系，就可以很好地解 决这一问题。这是一种类似“黑箱”的原理，首先通过训练、验证和测试，然后建立输 入参数与输出参数之间的非线性关系，最后得到符合要求的输入参数与输出参数之间的 人工神经网络，今后求解问题时只需要将数据输入已经训练好的人工神经网络，就能根 据以往经验数据自主处理输入数据，进而得到输出数据。这种分类本质上来讲就是一种 基于以往经验的预测问题。 软岩支护也包括两个方面的内容软岩变形机理分析和软岩支护技术研究。软岩变 形机理分析主要是分析围岩类别、地应力、巷道断面形状、有无反底拱等主要因素对巷 道变形的影响。基于对软岩变形机理的理解，本文针对不同类别的围岩提出了不同的支 护对策。考虑到龙口矿区海域采区巷道支护极其困难的情况，本文提出了一种新型格栅 可缩性支架支护方案。 关键词软岩分类软岩支护B P 神经网络软岩变形机理格栅可缩性支架 山东科技大学硕士学位论文 A B S T R A C T A B S T R A C T I nt h i sp a p e r , t w oa s p e c t sw o r k i n g so fs o f tr o c kc l a s s i f i c a t i o na n di t ss u p p o r tw e r e m a d e ．T h e s u p p o r t i n g i s s u e so fs o f tr o c kr o a d w a ya r eb a s e do nt h es o f tr o c k c l a s s i f i c a t i o n ．A c c o r d i n g t ot h er e s u l t so fs o f tr o c kc l a s s i f i c a t i o n ，d i f f e r e n ts u p p o r t m e a s u r e sa r em a d ef o rd i f f e r e n tc a t e g o r i e so fs u r r o u n d i n gr o c kt op r o v i d eas c i e n t i f i c b a s i sf o rr e a s o n a b l es u p p o r to fr o a d w a ya n ds a f e t ym i n i n g ． S o f tr o c kc l a s s i f i c a t i o ni n c l u d e st w oa s p e c t s d e t e r m i n i n gt h ee v a l u a t i o ni n d e x e sa n d t h ed a t ap r o c e s s i n go f t h ee v a l u a t i o ni n d e x e s ．A c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fs o f tr o c k i nL o n g k o um i n i n g ，t h i sp a p e ri d e n t i f i e st h er o c ks t r e n g t hi n d e x u n i a x i a lc o m p r e s s i v e s t r e n g t h ，c o h e s i o n ，i n t e r n a l f r i c t i o n a n g l e ，d i l a t a n c yi n d e x e f f e c t i v e m o n t m o r i l l o n i t e c o n t e n t , d r yr o c ks a t u r a t e dw a t e ra b s o r p t i o n ， r o c ke x p a n s i o n ，f r e ee x p a n s i o n , t h e s t a b i l i t yi n d e x c o m p l e t e n e s s ，d e g r e eo fw e a t h e r i n g ，s e l f - s t a b i l i z i n gt i m e ，e n g i n e e r i n g e n v i r o n m e n t a li n d i c a t o r s d e p t h ，g r o u n d w a t e r , d i s t u r b a n c ed i s t a n c e ，at o t a lo f1 3k i n d s o fe v a l u a t i o n ． T h ed a t ap r o c e s s i n go ft h ee v a l u a t i o ni n d e x e s ．w eu s ea r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kt o b u i l dt h eB Pn e u r a ln e t w o r km o d e lt op r o c e s sd a t ao ft h es o f tr o c kc l a s s i f i c a t i o ni n d e xi n L o n g k o um i n i n g ．T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne v a l u a t i o ni n d e x e sa n ds o f tr o c kc a t e g o r i e si s ah i g h l yn o n l i n e a rr e l a t i o n s h i p ．I ti sd i f f i c u l tt od e r i v eap r a c t i c a l ，e a s yo p e r a t i n ge x p l i c i t a n a l y t i c a le x p r e s s i o n s ．B a s e do nM A T L A Bn e u r a ln e t w o r kt o o l b o x ，t oe s t a b l i s hc o n t a c t b e t w e e ne v a l u a t i o ni n d e x e sw i t ht h es o f tr o c kc a t e g o r i e s , y o uc a ns o l v et h i sp r o b l e m ．T h i s p r i n c i p l e i ss i m i l a rt ot h e “ b l a c kb o x “ , t h r o u g ht r a i n i n g ，v a l i d a t i o na n d t e s t i n g ，t o e s t a b l i s h an o n l i n e a r r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h e i n p u tp a r a m e t e r s a n d o u t p u t p a r a m e t e r s ，t oo b t a i na r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kt h a tm e e tt h er e q u i r e m e n t sb e t w e e ni n p u t p a r a m e t e r sa n do u t p u tp a r a m e t e r s ．I nt h ef u t u r e ，t os o l v ean e wp r o b l e mo n l yn e e dt o e n t e rd a t at ot h ea l r e a d yt r a i n e da r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k s ，t h e ni tc a np r o c e s st h ei n p u t d a t ai n d e p e n d e n t l yb a s e do np a s te x p e r i e n c e ．I ne s s e n c e ，t h i sc l a s s i f i c a t i o ni sap r e d i c t i o n b a s e dO i lp a s te x p e r i e n c e ． S o f tr o c ks u p p o r ta l s oi n c l u d e st w oa s p e c t s t h ea n a l y s i so fs o f tr o c kd e f o r m a t i o n m e c h a n i s ma n dt h e s t u d yo f s o f tr o c ks u p p o r tt e c h n o l o g y ．S o f tr o c kd e f o r m a t i o n m e c h a n i s ma n a l y s i si st oa n a l y z et h em a i nf a c t o r ss u c ha st h er o c kt y p e ，s t r e s s ，r o a d w a y c r o s s s e c t i o n a ls h a p e ，a n dt h ep r e s e n c eo ra b s e n c eo fa n t i - b o t t o ma r c h ．B a s e do nt h e u n d e r s t a n d i n go fs o f tr o c kd e f o r m a t i o nm e c h a n i s m ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dd i f f e r e n t 山东科技大学硕士学位论文 A B S T R A C T s u p p o r tm e a s u r e sf o rd i f f e r e n tt y p e so fs u r r o u n d i n gr o c k ．C o n s i d e r i n gt h ec i r c u m s t a n c e s t h a tr o a d w a ys u p p o r ti se x t r e m e l yd i f f i c u l ti nL o n g k o um i n i n gu n d e r s e am i n i n ga r e a ，t h i s p a p e rp r e s e n t san e ws u p p o r ts c h e m et h a ts u p p o r tw i t hy i e l d a b l eg r i ds u p p o r t ．． K e y w o r d s s o f tr o c kc l a s s i f i c a t i o n s o f tr o c ks u p p o r t B Pn e u r a ln e t w o r k s o f tr o c kd e f o r m a t i o nm e c h a n i s ma n a l y s i s y i e l d a b l eg r i ds u p p o r t 山东科技大学硕士学位论文 目录 目录 l 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．I 选题背景及研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 研究方法及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 龙口矿区软岩分类评价指标研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 评价指标的确定原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 评价指标及定量分值的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．3 龙1 2 1 矿区软岩分类定量评价指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．15 3 基于B P 人工神经网络的龙口矿区软岩分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 3 ．1 人工神经网络概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 3 ．2B P 神经网络基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 - 3 基于M A T L A B 神经网络工具箱的软岩分类模型的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 9 3 ．4 龙1 2 1 矿区B P 神经网络软岩分类的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 4 软岩巷道变形机理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 8 4 ．1 软岩巷道变形的主要影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 4 ．2 围岩类别对软岩巷道变形的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 4 ．3 地应力对软岩巷道变形的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 4 ．4 巷道断面形状对软岩巷道变形的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 4 ．5 有无反底拱对软岩巷道变形的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 5 龙口矿区软岩支护技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 5 ．1 软岩巷道支护原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 5 ．2 不同类别围岩的支护方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 3 5 3 软岩巷道格栅可缩性支架应用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 7 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 3 6 ．】主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 3 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 4 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 5 山东科技大学硕士学位论文目录 攻读硕士期间主要成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 6 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。8 7 山东科技大学硕士学位论文 c o n t e n t s C o n t e n t s 1I n t r o d u c t i o n ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1B a c k g r o u n da n dr e s e a r c hs i g n i f i c a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．1 1 ．2R e s e a r c hs t a u sa th o m ea n da b r a o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯．．．．．．．⋯⋯⋯．．．⋯⋯．2 1 ．3R e s e a r c hm e t h o da n dt e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．； 2D e t e r m i n i n gt h ee v a l u a t i o ni n d e x e so fs o f tr o c kc l a s s i f i c a t i o ni nL o n g k o u m i n i n g ．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯7 2 ．tT h ep r i n c i p l et od e t e r m i n et h ee v a l u a t i o ni n d e x e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．2D e t e r m i n i n gt h ee v a l u a t i o ni n d e x e sa n dq u a n t i t a t i v es c o r e ⋯．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．⋯．．⋯．⋯7 2 ．3F o r mo f t h ee v a l u a t i o ni n d e x e sa n dq u a n t i t a t i v es c o r e ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 3S o f tr o c kc l a s s i f i c a t i o nb a s e do nB Pn e u r a ln e t w o r ki nL o n g k o um i n i n g ．1 6 3 ．1S u m m a r yo f a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯。⋯。，⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯．．】6 3 ．2F u n d a m e n t a l so f B Pn e u r a ln e t w o r k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 3 ．3R e a l i z i o no fs o f tr o c kc l a s s i f i c a t i o nm o d e lb a s e do nM A T L A Bn e u r a ln e t w o r k t o o l b o x ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯l9 3 ．4C l a s s i f i c a t i o no f s o f tr o c ki nL o n g k o u M i n i n gb a s e dO i lB Pn e u r a ln e t w o r k ⋯．。．⋯．。．。。3 7 4R e a l i z i o no fS O f tr o c kc l a s s i f i c a t i o nb a s e do nB Pn e ur a In e t w o r ki n L o n g k o um i n i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯q 1 8 4 ．1T h em a i nf a c t o r sa f f e c t i n gt h ed e f o r m a t i o no f s o f tr o c kr o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯．．j ⋯⋯⋯⋯．4 8 4 ．2A f f e c tt os o f tr o c kr o a d w a yd e f o r m a t i o nb yr o c kc l a s s i f i c a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 0 4 ．3A f f e c tt os o f tr o c kr o a d w a yd e f o r m a t i o nb yg e o s t r e s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 4 ．4A f f e c tt os o f tr o c kr o a d w a yd e f o r m a t i o nb yr o a d w a y s h a p e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 4 ．5A f f e c tt os o f tr o c kr o a d w a yd e f o r m a t i o nb yp r e s e n c eo ra b s e n c eo f a n t i - I n v e r t ．．．．．⋯．6 9 5S t u d yo fs o f tr o c ks u p p o r tt e c h n o l o g yi nL o n g k o um i n i n g ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯7 2 5 ．1P r m c i l e so f s o f tr o c kr o a d w a ys u p p o r t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 5 ．2S u p p o r tm e a s u r e sf o rd i f f e r e n tt y p e so fs u r r o u n d i n gr o c k ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯7 3 5 ．3R e s e a r c ho f t h ea p p l i c a t i o no f y i e l d a b l eg r i ds u p p o r t ⋯．．．．．．．．．，．．．．．⋯，⋯．．．⋯．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．7 7 6C o n c l u t i o n sa n d p r o s p e c t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．8 3 6 ．1M a i nc o n c l u s i o n s ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯8 3 6 ．2P r o s p e c t s ，．．，．．⋯．．．．．．．．．．．．，．．．．，⋯．。⋯⋯．⋯⋯⋯．．．．⋯．．．．⋯，．．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．⋯⋯．⋯⋯．⋯．8 4 T h a n k s ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 5 山东科技大学硕士学位论文 c o n t e n t s M a i na c h i e v e m e n t sd u r i n gt h eM a s t e r ．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．8 6 R e f e r e n c e s ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 7 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 绪论 软岩是在工程地质环境下难于支护的岩体，支护难易程度是由岩体物理性质 内因 和工程地质环境 外因 所决定的。工程岩体分类，是从工程的实际需求出发，对工程 建筑物基础或围岩的岩体进行分类，并根据其好坏，进行相应的试验，赋予它必不可少 的计算指标参数，以便于合理地设计和采取相应的工程措施，达到经济、合理、安全的 目的。就龙口矿区而言，软岩测试分类可以为巷道合理支护和煤层安全开采提供科学依 据，对煤矿的安全、经济生产都有重要的指导意义。 1 ．1 选题背景及研究意义 龙口矿区为国内典型的软岩矿区，矿区自投产以来，其巷道支护难度就得到了国内 外软岩专家瞩目。龙口矿区巷道的软岩支护问题一直制约着矿区的安全生产。为此，三 十多年来，龙矿集团公司投入了大量的人力物力对矿区巷道的软岩支护问题进行了研究。 在国内著名的软岩支护专家和集团公司广大工程技术人员的不懈努力下取得了大量的成 果，积累了大量宝贵的资料、数据和经验，包括矿区的地质条件、地质构造、各种岩层 的物理力学性质、各种岩层条件下巷道的变形特征以及支护方法和对策等等，对矿区的 安全生产起了积极的作用。 随着生产的发展，矿区的开采深度不断增加，矿山压力也随之加大，目前整个矿区 的巷道支护己逐步进入了深部压力状态。由于矿区进入深部开采，深部压力的出现使得 巷道围岩力学性质、受力条件产生了较大的差异，龙口矿区巷道的软岩支护问题又面临 着新的课题深部地压三软岩层巷道支护问题。地下工程所研究的主要是两个问题 一是判断围岩的的稳定性；二是根据围岩的稳定性采取相应的工程措施，工程措施包括 地下工程开挖方式和所采取的支护方式。判断围岩的稳定性有理论法与经验法，因为地 下j 二程的复杂性，理论法往往不能直接指导实践，主要起到辅助分析的作用，所以工程 经验法才是地下工程选择支护结构的主要方法。工程经验法，是根据以往施工设计的经 验为基础，以围岩分类标准为前提，结合计算机辅助分析，在施工过程中及时的监控量 测来反馈下一步的施工组织与方案设计。由此可见软弱围岩的分类，在软岩地层开挖后 选择支护方式的过程中具有很重要的意义。同时，鉴于软岩地层的复杂性，现有围岩分 类标准在龙口矿区实用性较差，所以有必要建立符合龙口矿区自身特点的围岩分类标准。 龙口矿区有各种各样的岩层条件、开采条件、巷道断面和服务要求，这就要求研究 1 山东科技大学硕士学位论文 绪论 软岩巷道支护问题，必须针对支护条件进行软岩测试分类，为巷道合理支护和煤层安全 开采提供科学依据。龙口矿业集团与山东科技大学合作，于2 0 1 3 年1 月～2 0 1 4 年6 月 在北皂煤矿、梁家煤矿和洼里煤矿进行了软岩现场取样及软岩测试分类工作，以期得到 符合龙口矿区自身特点的软岩分类标准，并根据该分类标准提出针对不同级别围岩的支 护对策。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 围岩分类国内外研究现状 围岩是指地下工程开挖后受开挖影响的那部分岩体。在煤矿软岩巷道中，进行软岩 分类就是对软岩巷道的围岩进行分类，所以必须要了解围岩分类的国内外的研究现状 ∽9 】。 圈岩分类最早始于1 7 7 4 年罗曼率先提出来的围岩分类方法，不过把岩石级别和工程 实践结合起来是1 9 世纪以后才开始的。1 8 9 7 年根据岩石的开挖工具、炸药消耗量以及 人工消耗量，哈雷提出了和工程实际直接相关的围岩分类方法。在2 0 世纪5 0 ～6 0 年代， 围岩分级开始迅速发展，不过当时的围岩分类主要是单因素以及少数因素并列分类为主。 到了2 0 世纪末围岩分类标准达到了空前规模，分类方法更加的多种多样，逐渐向多因素 综合分类方向发展，并且随着数学和计算机技术的发展，出现了随机模型、灰色模型、 模糊模型、专家系统、神经网络等围岩分类方法。围岩分类的方法很多，按照分类中分 类因素的多少以及数学处理的方法不同，围岩分类可以分为单一因素分类、少数因素并 列分类j 多个因素并列分类和多个因素综合分类方法。表1 ．1 是根据刘佑荣的总结并做 了一些补充的各种分类方法的代表性分类方案【9 】。 单～因素分类，是根据单一的岩性指标进行围岩分类。该分类方法，特别是以单轴 饱和抗压强度为基础的普氏系数分类，具有一定的参考性，而且分类简单易行。但是该 分类方法有很大的局限性，并且在某些情况下不能符合实际情况。例如中国西北的老黄 土，虽然单轴抗压强度只有十分之几的M P a ，但是在其中开挖的窑洞可以维持几十年甚 至更久。 少数因素并列分类与多个因素并列分类，这两种分类方法比单一因素分类有一定的 进步，考虑的因素更全面，但是对于某一具体围岩当各判别指标处于不同的类别时，需 要工程技术人员根据个人经验做出判断，因此这种分类方法受很大的人为因素影响。 2 I J 东科技大学硕士学位论文 绪论 表1 ．1 代表性围岩分类方案一览表 T a b l e1 ．1l i s to f r e p r e s e n t a t i v er o c kc l a s s i f i c a t i o ns c h e m e ①普氏系数分类 1 9 0 7 ；②m ．M 萨瓦连斯基分类 1 9 3 7 ；③太沙基的荷载分 单一因素类 1 9 4 6 ；④H ．B 波波夫分类 1 9 4 8 ；⑤劳费尔分类 1 9 5 8 ；⑥迪尔的R Q D 分类 1 9 6 4 ；⑦曰本的围岩准抗拉强度分类；⑧法国隧道围岩分类 ①我国水工隧洞设计规范 S L 2 7 9 ．2 0 0 2 中的围岩分类；②铁路隧道设计 少数因素并列 规范 T B l 0 0 0 3 - 2 0 0 5 的围岩分类③新奥法分类 R a b c e w i c z ，1 9 6 4 ①国标锚杆喷射混凝土支护技术规范中的围岩分类；②军用物资洞室锚喷支 多个因素并列 护中的围岩分类；③国际岩石力学学会 I S R M ，1 9 8 1 ④水电工程岩体分类 1 9 9 1 ①挪威巴顿 1 9 7 4 岩体质量Q 系统； ②原苏联B y n m y e b 1 9 7 7 稳定性指标S 法； ③水电部成勘院 1 9 7 8 的岩体质量指标M 法； 积商④古德振 1 9 7 9 岩体质量系数z 法； 确 模型 ⑤总参工程兵第四设计研究所 1 9 8 5 的坑道工程围岩分类； 定 ⑥挪威P a l r n s I r o m 1 9 9 5 R M ／系统分类 性 ⑦王广德等 2 0 0 6 深埋隧洞围岩分类方法J P 0 系统； 模 ⑧王迎超等 2 0 1 0 基于特尔菲．理想点法的隧道围岩分类研究 ①美国 W i c k h a m e t ，a l ，1 9 7 2 的岩石构造评价法；②比尼威斯基 1 9 7 3 R M R 型 分类；③捷克斯洛伐克科学研究所 T e s a r o ，1 9 7 9 Q T S 岩石分类法；④陈德基等 和差的块度模数M K 法；⑤水电部昆明勘测设计院 1 9 8 8 的大型水电站洞室围岩分类； 模型 ⑥铁道部科学研究院西南分院 1 9 8 6 的铁路隧道工程围岩分级方法⑦国标工 程岩体质量分级标准 G B ／T 5 0 2 1 8 ．2 0 1 4 ；⑧水力发电工程地质勘查摇范 多 G B 5 0 2 8 7 ．2 0 0 6 H C 分类 ；⑨“三峡Y Z P 法” 1 9 8 8 个 随机 ①高谦等 1 9 9 4 提出的采场巷道围岩分类的概率统计分析方法及其应用； 因 模型②付正飞等 2 0 0 6 概率论方法在云岭隧道围岩分类中的应用研究 素 综 灰色 ①刘康和 1 9 9 3 提出的灰色聚类在围岩稳定性分类中的应用； 厶 不 模型 ②文Ⅱ玉国 1 9 9 5 提出的地下工程围岩稳定性灰色评价模型与应用 口 确 ①刘启千等 1 9 8 9 工程岩体质量分级的模糊综合评判； 定 ②周志方 1 9 8 9 用层次．模糊综合评判法探讨岩体质量的评判； 性 ③陆兆溱等 1 9 9 1 模糊模式识别法在