由于回采巷道变形很大，严重影响了正常生产，故铁生沟矿对巷道支护进行了一系列的探索和改革。
铁生沟煤矿巷道支护历程一览表
支护改革前
2m×2m 11#工字钢梯形支护(净断面4m2) 2.6m×2.5m 12#工字钢梯形支护(净断面6.8m2) U29(下宽3.7m)U型钢支护(净断面8.2m2) U29(下宽4.6m)U型钢支护(净断面10.1m2)
支护改革后
U36(下宽5.0m)U型钢支护(净断面10.8m2) U36(下宽5.2m)U型钢支护(净断面11.6m2) U36(下宽6.0m)U型钢支护(净断面16m2) U36(下宽6.9m)U型钢支护(净断面19m2)
3 注水及其强度试验研究
3.1 试验目的
通过对不同类型和含水量的煤样进行常规三轴剪切试验及快剪试验，测试不同试验剪切过程应力随应变变化的关系曲线，依据破坏应变标准确定煤样在不同固结压力下的最大剪切强度。通过绘制破坏条件下应力摩尔圆的包线，即可得出抗剪强度指标粘聚力c及内摩擦角φ。同时，还可以分析剪切过程煤样的变形特性参数，为数值计算及结果分析提供依据。 3.2 试验方法
由于铁生沟煤矿的煤体松散，取芯困难，不可能做常规的压力试验，所以
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本次试验采取常规三轴剪切及快剪试验。这种试验方式应该说更能接近实际，因为煤体的力学特征近似于土体，其抗剪强度和摩擦角是煤体的两个最重要的力学指标，也是数值模拟必须的指标。为了较为准确的得到铁生沟煤矿煤体的力学性能，采取三轴剪切试验。
三轴剪切试验是试样在某一固定周围压力下，逐渐增大轴向压力，直至试
样破坏的一种抗剪强度试验，是以摩尔-库仑强度理论为依据而设计的三轴向加压的剪力试验。
三轴剪切试验是测定土体抗剪强度的一种比较完善的室内试验方法，通常采用3~4个圆柱形试样，分别在不同的周围压力下测得土的抗剪强度，再利用摩尔-库仑破坏准则确定土的抗剪强度参数。
三轴剪切试验可以严格控制排水条件，可以测量土体内的孔隙水压力，另外，试样中的应力状态也比较明确，试样破坏时的破裂面是在最薄弱处，而不像直剪试验那样限定在上下盒之间，所以三轴试验更能符合实际。 3.3 常规三轴剪切试验
试验所用仪器为南京土壤仪器厂生产的全自动应变控制式三轴剪力仪。施
１— 调压筒；２—周围压力表；３—周围压力阀；４—排水阀；５—体变管；子６—排水管；７—变形量表； ８—量力环；９—排气孔；10—轴向加压设备；11—压力室；12—量管阀；13—零位指示器；14—孔隙压力表； 15—量管；16—孔隙压力阀；17—离合器；18—手轮；19—马达； 20—变速箱
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图3.1应变控制式三轴剪切仪 加的固结围压σ3为0.1MPa、0.3 MPa、0.5 MPa、0.7 MPa，煤样分为原状煤样、加水煤样、加水晒干煤样三种。将不同煤样进行不固结不排水剪切试验(UU试验)，剪切过程中采用剪切速率控制，其值为10mm/min，试验结果控制采用应变(试样剪切应变达到15%)控制。再根据各围压下不同煤样的不固结不排水试验结果，绘出煤样的抗剪强度曲线，并求出其三轴剪切抗剪强度指标粘聚力c及内摩擦角φ。
三轴仪依据施加轴向荷载方式的不同，可以分为应变控制式和应力控制式两种，目前室内三轴试验基本上采用的是应变控制式三轴仪。
应变控制式三轴仪由以下几个组成部分(图3.1)： 3.4 试验结果
图3.2至图3.15为不同煤样在不同固结围压排水条件下的三轴剪切应力应变曲线，固结围压在100~700kPa范围内，随着固结围压增大，应力应变曲线一般呈弱软化或弱硬化到强硬化的变化。在固结围压为100~300kPa条件下，各个含水量的煤样均有较弱的软化现象外，其它煤样均呈硬化，随着轴向应变的增加煤体的强度也在缓慢增大；在500kPa以上的大固结围压下，煤体均表现出较强的硬化现象。依据应力应变曲线在15%应变条件下确定破坏抗剪强度，确定得到了不同煤样破坏时的应力莫尔圆及其强度包线。从试验结果可以看出，煤样的物性指标和强度指标基本一致。它们的孔隙比在1.00~1.32之间，塑性指数在9.7~13.5之间，内摩擦角在20°~31°之间，粘聚力在15.0kPa~70.0kPa之间。
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σ1-σ3(100kPa)4504003503002502001501005000246810ε1(%)1214
含水量w=25%图3.2 铁生沟煤矿煤样应力应变曲线(湿煤，围压100KPa) 600σ1-σ3(100kPa)500400300200100ε1(%)0含水量w=25% 图3.3 铁生沟煤矿煤样应力应变曲线(湿煤，围压300KPa)
02468101214 18
900800700σ1-σ3(100kPa)6005004003002001000051015ε1(%)含水量w=25%图3.4 铁生沟煤矿煤样应力应变曲线(湿煤，围压500KPa) 65 τ (100kPa)4321002y = 0.375x + 0.7468σ (100kPa)101214 图3.5 抗剪强度曲线(总应力法，含水量25%，c=0.7，φ=20.56°) 250200σ1-σ3(100kPa)15010050ε1(%)005101520含水量6.5% 图3.6 铁生沟煤矿煤样应力应变曲线(围压100KPa)
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