梦见回家的路对于软岩大变形巷道，传统喷射混凝土呈脆性，容易开裂掉落。与常用纤维相比，玄武岩纤维具有抗拉强度高，施工难度小，腐蚀耐久性好等特点。本文采用NMR微观无损检测与多标准韧性理论分析相结合的方法，研究孔隙分布与性质对喷射混凝土宏观韧性的影响规律，划分了非毛细孔、胶凝孔与毛细孔的直径与范围，分析了纤维掺入对有害非毛细孔含量的影响机制，了玄武岩纤维喷射混凝土韧性增强机理，并进行了井下工业试验，取得了良好的效果。
1. 河南理工大学 河南省地下空间开发及诱发灾变防际联合实验室；2. 河南理工大学 河南省矿产资源绿色高效开采与综合利用重点实验室；3. 河南理工大学 土木工程学院
随着煤炭开采量的不断增大,煤矿进入深部开采阶段。开采深度增加导致围岩受力增大、变形加剧。普通喷射混凝土强度低、韧性差,采用传统支护方式易造成深部矿井巷道在复杂地质和应力条件下开裂变形,情况严重会导致安全问题频繁发生。在喷射混凝土中加入玄武岩纤维(BF)可以有效地提升喷射混凝土力学性能,增强其工程性能、疲劳磨损强度、开裂后韧性及荷载承载力。
目前对于BFRC的研究仍局限于实验室环 境,研究并不能作为井下工程推广应用的依据。 因此笔者采用喷射方板法,井下制作试块进行力学性 能试验,研究了BFRS韧性演化规律。
随着煤矿开采深度的增加,普通喷射混凝土支护结构易开裂脱落。玄武岩纤维(BF)的加入可以有效地提升喷射混凝土韧性与围岩变形的能力。通过弯曲韧性试验研究了BF对玄武岩纤维喷射混凝土(BFRS)韧性的影响规律,通过核磁共振试验(NMR)研究了孔隙分布对BFRS韧性的影响,并进行了井下现场支护试验。
结果表明:BF掺入后,BFRS7d与28d试块抗弯强度分别提高了9.8%,6.8%,且BF对早龄期抗弯强度提升效果更为明显;分别采用DBV与JSCE标准对BFRS韧性进行评价,实验发现最优纤维掺量为4.5kg/m3,此时Df1和Df2分别为29.5N·m和57.9N·m,试件弯曲韧性比同时达到最大值0.875;对比可知,DBV多值韧性标准更适合评价BFRS抗弯韧性。 通过NMR试验发现纤维掺量对BFRS孔隙结构影响较大,纤维掺量达到3kg/m3时,BFRS大孔径孔隙占比仅为0.25%,当纤维掺量超过临界掺量4.5kg/m3,BFRS大孔径孔隙占比增加,喷射混凝土基体内部缺陷增多,韧性降低。进行井下支护试验发现BFRS变形能力优于普通喷射混凝土,其中纤维掺量为4.5kg/m3时,支护段巷道35d位移最小,仅为0.21mm,此时支护效果最好。
分布在BFRS基体内部的纤维可以形成稳定的三维承力结构,有效改善BFRS基体内部孔隙结构,增加BFRS韧性,提高被支护巷道抗变形能力。高韧性BFRS可以有效地满足深部大变形巷道支护要求,达到“变形不开裂,开裂不掉落”的效果。
焦华喆，男，1985年10月6日生，河南夏邑人，矿业工程博士，，美国肯塔基大学访问学者。主持国家自然科学基金等国家级项目2项，获省部级科技励4项，发表学术论文20余篇，其中SCI/EI检索15篇，授权发明专利8项。
致力于矿山充填开采与支护技术研究，取得多项创新性，形成了尾矿膏体充填与地表减沉控制技术，发明了深井矿山膏体卸压管道输送方式，研发了高韧耐拉喷射混凝土支护材料，为矿山绿色、高效、安全生产提供了有力的技术保障。