矿山压力基本知识和研究方法——(三)第三讲 矿山岩体内部的力

矿山工程处于地下几十米,几百米甚至上千米深的岩体中。岩体与其他建筑物结构物不同的基本特点之一,就是岩体在自重及其他因素影响下处于一定的应力状态。在没有开挖地下工程之前,岩体内存在的应力称为原岩应力场(也称岩体一次应力场),岩体中开挖井巷工程以后形成新的应力场,称为岩体次生应力场(也称岩体二次应力场)。应力场就是应力在空间各点的分布(包括各应力分量的大小和方向)。原岩应力场是客观存在于岩体之中的自然力场,它是在地壳形成的亿万年过程中生成的。对于人类采矿活动所涉及的地     

爆破对矿岩损伤规律试验研究

岩体在爆破载荷作用下的损伤程度和损伤范围是影响矿山工程安全的关键问题之一。采用超声波测试和岩石压缩试验方法,从爆破前后岩体平均波速和岩石平均抗压强度两个方面研究了白云岩岩体的爆破损伤。结果表明:装填药量为4.5 kg的乳化炸药爆破,岩体受爆破损伤的影响范围不大于8 m;且岩体平均波速和岩石抗压强度均随爆源距离增大而增大,即岩体损伤随爆源距离减小而增大;岩体平均波速和岩石抗压强度减小幅度均随爆源距离的减小而增大,即到爆源的距离越小,岩体损伤的增量越大。     

不同侧压力系数下圆形巷道变形破裂规律分析

为研究侧压力系数对巷道周边岩体稳定性的影响,以一条深埋圆形巷道工程为背景,采用离散颗粒元软件PFC3D分析了5种侧压力系数下巷道周边岩体的应力差、位移、破裂分布模式和微裂纹数等,得到了圆形巷道周边岩体应力、变形和破裂随侧压力系数的变化规律。结果表明,1)随侧压力系数增大,巷道顶底部浅部岩体主应力差先增大后减小,深部岩体主应力差逐渐增大;而巷道两帮浅部岩体主应力差变化较小,深部岩体主应力差先减小后增大。这表明在相同埋深情况下,高侧压力系数不一定会对帮部岩体造成更大的破坏,但更容易使顶板产生高剪应力,不利于顶板岩体的稳定。2)侧压力系数越大,巷道顶板岩体竖向位移就越小,且其由拱顶往外平滑递减的规律性也越不明显,而帮部岩体水平位移变化规律与顶板岩体相反。3)巷道顶底部围岩在侧压力系数较大的情况下较易发生破裂,并随侧压力系数增大,其破裂范围越来越大;巷道两帮岩体则在不同侧压力系数下均会发生破裂,且其破裂范围随侧压力系数增大而略减小。4)不同侧压力系数下,巷道岩体总裂纹数都随开挖时间呈指数增长;且当巷道开挖完成后,岩体总裂纹数与侧压力系数呈抛物线关系。     

基于RFPA2D复合局部挠曲岩体数值模拟

为研究复合局部挠曲岩体强度特征以及破坏规律,采用岩石真实破裂软件RFPA^2D,对水平层面挠曲30°,45°,60°,75°的复合岩体进行单轴压缩试验模拟。模拟结果表明:挠曲角为30°,45°,60°,75°的复合岩体破坏面几乎与挠曲段夹层重合,其挠曲端部均产生了垂直于挠曲段夹层的裂纹;复合单斜岩体与复合挠曲岩体破坏面的形成因素大致相同,夹层强度是2种岩体失稳的主要因素;复合挠曲岩体单轴抗压强度随挠曲角增大同样呈“U”型变化,与单斜岩体变化趋势一致;当水平层状岩体发生挠曲后,其单轴抗压强度减小,当挠曲角为60°时,强度降低25.19%,当挠曲角为75°时,强度降低0.17%。;随着均质系数m的增大,复合挠曲岩体单轴抗压强度以及轴向应变均出现逐渐递增的趋势,且不同m值,其岩体裂隙扩展方式具有明显差别。     

岩体稳固性分级在井巷安全预测中的应用

武钢金山店铁矿按稳固性将矿岩划分级别进行安全预测,对预防事故成效甚大。一、岩体稳固性分级岩体稳固性分级是人们对岩体安全储备的评价。它是矿山建设投资的重要依据,又是现场进行管理与正确评价经济效益以及研究岩体工程稳定问题的基础.岩体稳固性分级方法,     

地下工程岩体稳定性分类现状及其发展

目前,国内外岩体分类尚没有统一的标准。根据不同用途主要有如下几种分类法:(1)按材料特性分类;(2)按岩体结构分类,它是反映岩体本身的差异;(3)岩体力学介质分类,它主要是反映岩体中应力传播的差异;(4)岩体质量评价,它反映力学性质一般特征;(5)专门性的分类,如隧峒围岩分类;(6)多因素的综合性分类。上述各种分类既有区别又有密切关系。矿山地下工程岩体稳定性分类,在某种意义上即是综合应用上述各种分类的结果。     

岩体声发射技术在金川二矿区的应用

岩体声发射技术是利用岩体变形破坏过程中产生应力波的强弱,来监测岩体的安全状态。针对金川二矿区地压大、岩体破碎的特点,金川公司先后在二矿区１１５０ｍ水平二期快进巷道、８０１采场、１４３８ｍ水平１２＃采场进路等处进行了应用岩体声发射预报矿岩体和充填体安全状态的试验。在对试验过程和监测结果进行分析的基础上,初步建立了金川二矿区矿岩体和充填体安全状态与声发射参数的近似关系,为实现金川二矿区安全管理的定量化进行了有益探索。     

前苏联化学注浆加固锚杆和不稳固岩体技术的发展(续)

4 预注化学奖液加固不稳固岩体试验研究 预注浆加固岩体即根据矿山地质条件,选择合理的化学组分配制成加固浆液,采用高压泵装置或爆力法,将浆液压入岩体的空洞、裂隙中与岩体形成坚固的整体,从而防止岩体冒落。4.1 注浆加固过程的实验研究 这方面,莫斯科矿院和原全苏有色金属矿山研究院等进行了试验研究。实验表     

层状节理岩体模型冲击实验

为研究层状节理岩体在冲击荷载作用下的力学特性,实验采用水泥砂浆预制层状节理岩体模型,设计4个落锤高度对不同节理组数的岩体进行冲击加载。通过对冲击过程中载荷及加速时程信号的分析处理,得出节理岩体动态承载力与节理组数呈负相关性,压缩位移与冲击高度呈正相关性;当冲击荷载较小时,节理岩体动态压缩位移主要来自节理法向闭合,节理周边开始产生细微裂缝;随着冲击荷载的逐渐增大,裂缝逐渐沿节理面扩展贯通导致岩体破坏。     

产品供销信息

△YSS型岩体声发射监测仪用于评价岩体稳定程度,圈定应力集中区,预测滑坡、岩体冒落、煤爆和岩爆等,并可以对充填、支护、卸压爆破等措施的效果进行评价。探头放入φ32mm炮孔中即可测试,数字显示,体积小,重量轻,可采用充电镉镍电池供电。△YSZ-2型智能岩体声发射监测仪     

考虑质量流失的破碎岩体渗透试验系统研制及应用

随着煤矿开采向深部延伸,陷落柱、断层等含破碎岩体地质构造突水成为威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。近年来虽有学者从破碎岩体流固耦合动力失稳的角度研究地质构造突水机理,但没有考虑质量流失对破碎岩体渗透特性的影响。展示了自主研制的一套可实现质量流失的破碎岩体渗透试验系统,包括加载系统、数据采集系统、水压供给系统及特制渗透仪装置,并利用该渗透试验系统,通过改变破碎岩体的配比、应力状态等条件,计算并分析充填物质量流失率、渗透率、流量等参数的变化规律,初步研究了破碎岩体的变质量渗透特性。结果表明:1)自主研制的破碎岩体变质量流固耦合试验系统通过渗透仪蜂窝状的活塞、带有缺口的溢水筒等的独特设计,实现了渗流作用下充填物颗粒的自由迁移,具有较好的开放性。2)质量流失条件下破碎岩体的渗透性变化可分为3个阶段,即初始渗流阶段、渗流突变阶段和渗流稳定阶段。在初始渗流阶段,破碎岩体渗透率缓慢变化,孔隙率逐渐增大;在渗流突变阶段,渗透率在极短时间内增大数倍甚至几十倍,孔隙率快速增大;在渗流稳定阶段,渗透率和孔隙率随时间基本保持不变。3)随渗透时间增加,破碎岩体充填物颗粒不断迁移流失,渗透性不断增强并最终发生渗流突变,这表明充填物颗粒迁移流失是引起破碎岩体渗流突变的重要原因。     

岩体失稳灾害人机环系统监测与灾害防控 ——智能安全人机工程学及教学实践

为解决地下采矿和隧道工程开挖中,因受应力变化和工程扰动诱发的冒顶、片帮等岩体失稳灾害问题,本文首先对现有岩体失稳监测技术进行比较分析;其次分别阐述岩体环境中人机环系统监测数据的获取方法;随后介绍了自主研发的岩体失稳灾害监测预警系统,包含2种典型的未知波速的三维声源/震源定位方法;最后结合智能安全人机工程学,从灾害的系统预警与控制角度出发,概述了针对人机环预警的系统概念,提出集"监测数据→预警信息→防控方法"为一体的岩体失稳灾害预防与控制技术,可为岩体工程安全高效实施、运行和维护提供理论与技术支撑.     

基于能量理论的冲击地压细观过程研究

为了解冲击地压细观发生过程,从而分析冲击地压不同阶段特点,从能量消耗角度对该过程进行了研究。认为冲击地压是岩体系统由于外界扰动引起的能量释放过程,总释放能量理论上等于岩体形成期间残余弹性势能。由于该弹性势能和岩体形成后裂隙发育的不同,导致岩体受开采扰动后经历的能量释放形式有所不同。大体上能量释放形式可分弹性变形、可产生裂隙的大变形、岩体破碎飞石、广义变形集中区岩体失稳和伴随裂隙产生的机械振动5种。过程可分三部分:初期变形和裂隙、中期飞石-变形-破碎-飞石的循环破坏过程(岩爆)、末期广义应变失稳破坏。使用颗粒流理论的PFC3D对上述过程进行了模拟,结果表明:-120 m、-220 m、-320 m时开采面岩体只发生变形和裂隙;-420 m、-520 m、-620 m岩体先经历变形和裂隙,然后发生岩爆;-720 m和-820 m岩体经历变形和裂隙、岩爆和广义应变区失稳坍塌。     

大型地下铁矿工程地质调查与岩体质量评价

针对劳服铁矿工程地质条件、水文地质条件、岩体力学特性及开采技术条件等,应用岩体工程地质力学方法进行了工程地质划分、节理裂隙统计和岩体结构分类。同时应用《工程岩体分级标准,GB50218-94》分级方法对劳服铁矿岩体质量进行了系统全面的分类和评价,其评价结果为矿区顶板岩层片麻岩和底板花岗质混合岩岩体质量级别为III级至II级,底板花岗质混合岩岩体质量级别为II级至I级。     

基于微震监测的岩体失稳智能预报

岩体稳定性预报是微震监测工作的重要组成部分。探讨微震活动性参数变化作为岩体稳定性预测的可行性,结合用沙坝矿实际生产过程中观测到的现象,提出微震监测岩体失稳预报的一般模式。根据b值在岩体失稳前先增大后减小的趋势作为危险预警初始条件;并将能量指数、施密特数急剧下降以及累积视体积增加的时间段作为岩体失稳的预警期,将事件数的急剧下降作为危险的临界状态。用沙坝矿根据这一原理建立的岩体失稳预报模式可以达到采场失稳的智能预报,解决了人工判别预警期过程中效率低的难题,保障矿山的生产工作。     

熵权TOPSIS模型在地下工程岩体质量评价中的应用

选取岩石单轴抗压强度、岩体质量指标、岩体变形模量、岩石泊松比、岩石抗剪强度、结构面摩擦因数、地下涌水量和结构面产状作为评价指标,通过计算指标原始数据的信息熵确定各指标权重,在此基础上,建立基于熵权TOPSIS法的地下工程岩体质量模型,并应用于工程实例,研究表明:采用熵权计算权重,能够依靠原始数据本身而不依赖人的主观判断,且计算过程简单;基于熵权TOPSIS法的地下工程岩体质量评价结果与实际情况均完全一致,能够应用于地下工程岩体质量评价中。     

基于未确知测度的岩体稳定性多元联系度评价模型*

为准确评定岩体稳定性等级,引入未确知测度理论、多元联系度理论和同异反确定不确定体系,建立基于未确知测度的岩体稳定性多元联系度评价模型。该模型通过指标组合权重值和单指标测度矩阵,得出多指标综合测度矩阵、同异反联系度矩阵和模糊评价矩阵。并借助多元联系度定量计算待评岩体的评价等级、定性分析及准确预判岩体稳定性的发展趋势,较好地优化置信度评价过程,克服传统模型不能定量表达不确定性因素的缺陷,而且拓展指标隶属等级交叉的特性。以1号岩体为例,研究结果表明:岩体的稳定性等级为Ⅲ级,处于基本稳定状态,但有着向不稳定状态（Ⅳ级）移动的趋势。模型的评价结果与实际结果相吻合,说明应用该模型评判岩体稳定性等级是有效可行的。     

饱水作用对锁固型岩体变形特性影响研究

为了研究饱水作用对锁固型岩体力学性质和变形特性的影响,对干燥与饱水状态下的岩体进行单轴压缩试验,利用数字图像相关方法对岩体加载过程进行非接触式实时变形监测。研究结果表明：饱水作用弱化了岩体的单轴抗压强度和弹性模量;应变场演化特征表明饱水作用增大试件的变形量,但未改变试件的裂纹扩展路径和最终破坏模式;岩桥锁固段剪切裂纹起裂和峰值应力时伴随着应变场分异速率突增,可作为锁固型岩体滑动和失稳破坏的前兆信号,饱水作用对应变场分异速率峰值有削弱作用;通过计算预制裂隙两侧的错动位移,定量揭示岩体失稳过程中岩桥的“锁固效应”。研究结果可为涉水环境下锁固型岩体的稳定性问题和灾变监测提供参考。     

采动影响下采场底板岩体渗透性研究

考虑了裂隙倾角对岩体渗透系数的影响,运用断裂力学理论中压剪断裂判据,分析了采动影响下岩体中易破坏的优势角裂隙.在此基础上,建立了采场裂隙岩体优势角应力与渗透性耦合力学模型,计算了采场周围岩体的应力变化,推导了采场平面应力状态下零位破坏带渗透系数方程,分析了渗透系数比及其影响因素的关系.     

岩体声发射特征现场测试

在矿山井下巷道中采用静态胀裂剂破裂岩体、检测记录这一过程中的声发射（AE）信号。结果表明,岩体声发射活动峰值宏观裂纹出现,声发射信号频谱分布范围宽广,信号在岩体中传播时衰减十分迅速。