定位注浆顶板的稳定性数值模拟

帷幕注浆技术能实现岩溶水矿山的安全开采,而注浆(即隔障带)厚度一般是利用经验公式计算所得,存在较大的误差。本文应用流固耦合理论,对矿体开采条件下顶板注浆隔障带的稳定性问题进行了分析。采用数值模拟的方法,定量地模拟了矿房开挖过程中围岩(即隔障带)应力场的分布、破坏场的发展及位移场的变化规律。模拟表明由于顶板发生破坏,经验公式计算的隔障带不能满足隔水的要求,应增大隔障带厚度保证安全开采。根据采动影响范围为大水矿床顶板注浆及矿房参数设计提供依据,对防治岩熔水矿山突水有一定的指导意义。     

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     

考虑黏度时变效应的注入围岩浆液扩散能力研究

为提高深井巷道围岩注浆加固工程中注浆扩散能力,所需的、最佳的注浆孔间距、注浆压力pc、注浆时间t等参数。基于注浆材料浆液黏度时变效应的重要性,采用理论分析方法,建立单一柱面扩散简化模型,推导注浆扩散半径r与pc和t的关系。通过实验室试验,分别分析普通硅酸盐水泥、加1%水玻璃的水泥浆和GPM-3型高强注浆材料的黏度时变效应。在山西某煤矿进行工业性试验。结果表明:注浆材料的浆液随着时间的延长,浆液的剪切屈服强度变化不明显,浆液的黏度却呈指数关系增大;r随t及pc的增加而增加,但注浆一定时间后增加趋势变得不明显。在注浆工程中,应该考虑浆液黏度、注浆时间、注浆压力对注浆扩散能力的影响。     

采空区高位钻孔注浆防灭火浆液扩散特性研究

为研究综放采空区高位钻孔注浆不同注浆时间和注浆量对浆液空间扩散行为的影响,采用FLUENT数值计算方法,在"变重力、定倾角"注浆情况下,构建三维非均质采空区浆液扩散数学模型,以某矿29406工作面为研究对象,通过模拟分析确定单孔最佳注浆量为40 m~3/h时取得的防灭火效果最好,此时浆液倾向流动最远距离为50. 8 m。研究表明:浆液在采空区垂直扩散过程中,其扩散半径逐渐增加且存在峰值;在底板扩散过程中,浆液浓度峰值点不会随时间产生明显改变;随注浆量的增加,浆液沿倾向流动的最大距离均呈非线性上升趋势;采空区标志性气体监测数据显示,模拟分析结果与现场应用效果一致。     

榆家梁煤矿离层注浆充填保水效果数值研究

为探究离层注浆充填对地层保水效果的影响,构建地层岩体渗流场和裂隙场空间演变模型,分析离层空间充填后地层岩体导水性能演化特征。结果表明：受覆岩影响,岩体裂隙长度、孔隙率和水力传导率高值区由离层两端向中心区域集中;未充填时,离层上方关键层两端受拉剪破坏影响,关键层两端裂隙发育明显,孔隙率和水力传导率增大;充填高度增加,关键层断裂后受充填体支撑未完全破坏,孔隙率和水力传导率相对减小;岩层裂隙、孔隙率、水力传导率和水头的模拟结果证明对离层进行充填可有效减少含水层渗流量,离层充填高度越大,保水效果越好。     

结构面局部弱化影响下巷道围岩稳定性研究

为改善赋存结构面巷道围岩的支护效果,以巷道围岩结构面形成的局部弱化区力学特性为研究对象,通过试验确定结构面影响下的岩体试件强度、刚度及应力应变关系;并以实际巷道支护工程为依托,结合理论综合分析内外因共同作用下由结构面形成的局部弱化区对巷道岩体强度、刚度及应力应变关系的影响,提出巷道围岩局部弱化控制思路。结果表明:结构面形成的局部弱化区对岩体试件的强度、刚度和稳定性有控制作用,局部弱化区的位置和形态随试件内外因的变化而变化;围压对结构面倾角在45~60°之间的岩石试件强度和刚度弱化抑制效果更好,结构面倾角越接近60°,结构面形成的弱化区对岩体试件强度、刚度及稳定性的影响越大,巷道围岩的稳定性越差。     

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。     

钻孔成像在GSI系统估算深部岩体力学参数中的应用

为提高深部岩体力学参数估算的准确性。对从某矿现场取得的岩样进行岩石力学性质试验,获得包括岩石的抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角等岩石力学参数。然后,对同一位置、不同方向的多个钻孔进行钻孔成像勘探,延伸其中的结构面,联通获得其三维空间分布特征,确定岩体结构等级和结构面表面特征等级。进而,基于地质强度指标(GSI)系统和Hoek-Brown准则,建立深部岩体力学参数量化取值的新方法。研究表明,用量化GSI方法估算得出的岩体力学参数小于室内岩石力学性质试验得出的结果。     

特别破碎测压围岩环境改造工艺技术研究

由于静水压力和流动阻力的存在,浆液在围岩裂隙中的渗透扩散范围有限,对于具有较厚特别破碎围岩的石门测压环境来说,一次注浆难以达到预期效果,因此本文提出采用逐段注浆法来实现封堵、充填导水围岩裂隙,增强围岩的承载能力,防止塌孔,一次成孔,为石门测压提供一个良好的围岩环境。并通过在平煤十一矿-800m石门测压试验与应用的顺利进行,论证了逐段注浆法改变特别破碎围岩测压环境的可行性。     

频繁采动影响巷道围岩强化支护技术及其应用

为解决频繁采动导致巷道围岩支护效果差问题,提出了"锚杆锚索+浅深注浆"巷道围岩联合强化支护技术。该技术施工工艺包括清理表面浮矸、喷射混凝土封闭、注浆、刷巷、锚网支护及喷射混凝土,注浆设计方案包括浅孔注浆、深孔注浆及注浆封孔方案。通过力学分析和井下工程试验对围岩强化支护效果进行了分析。结果表明:利用"锚杆锚索+浅深注浆"联合强化支护技术,能固结围岩内的破碎煤岩体,降低巷道围岩内岩石破碎程度,提高固结性,有效的锚固锚杆锚索;巷道顶板离层量5天内变化量较小,而后逐渐趋于稳定。     

立井揭煤前测定煤层瓦斯压力的方法与实践

为了解决复杂环境下立井揭煤前煤层瓦斯压力的可靠测定,基于揭煤井筒瓦斯地质特征、煤岩体物理力学性质,应用COMSOL软件模拟揭煤工作面在接近目标煤层时,井筒周围煤岩的地应力分布特征,直观展现了目标煤层中的应力分布结果。模拟结果表明,立井工作面距煤层的垂直距离为7 m时,煤层中会形成一个近似于环形的卸压圈,卸压半径为16 m,因此煤层瓦斯压力测试孔的终孔位置应布置在井筒中心线16 m以外的原始地应力区,以保证测压点瓦斯压力不受揭煤井筒卸压区的影响,令测压结果准确可靠,从而更好地预测煤与瓦斯突出区域的危险性。同时,结合立井揭煤工作面的水文地质特征和井筒严重淋水情况,自主研发并应用了瓦斯测压孔"两堵一注"封孔材料及特定的封孔工艺,进一步保障了封孔质量和瓦斯压力测试结果的可靠性。最后,依据测压结束时测压管内的实际水压情况,对测压结果进行修正,并依据实测瓦斯含量,采用间接法对所测得的瓦斯压力进行验证,实测值在反算得到的瓦斯压力值域内,表明此方法有效可行。     

油气田瓦斯隧道开挖掌子面围岩安全厚度研究

为降低油气田区隧道施工风险，以龙泉山隧道为依托，采用数值模拟方法对隧道开挖掌子面前方围岩安全厚度进行分析，并结合现场监测数据对所得结论进行验证。研究结果表明:隧道施工使隧址区围岩应力重分布，且应力变化与围岩距掌子面距离L有关，当L≤0.75D（D为隧道净高）时，围岩处于应力释放区；当0.75D相似文献   

基于尺度效应的灰岩强度研究

通过水口山康家湾矿采集的岩样,利用岩石力学试验机对不同直径和不同高度的灰岩进行了大量的单轴压缩试验,研究了不同高径比岩样的变形和破坏形式。结果表明:岩石高度对岩石强度峰值以前的变形特性没有显著的影响;当直径一定时,随着长度的增大,岩样的破裂形式由复杂的平行破坏变为剪切破坏。同时指出通过增加垫块的刚度可以减小端面的摩擦效应。同时对由于取样造成的岩样强度降低的原因进行了分析。     

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。     

基于改进组合赋权-TOPSIS法的岩爆倾向性评判模型

针对岩爆倾向性评价模型中指标权重难以确定导致预测精度不高的问题,提出1种基于改进组合赋权-TOPSIS法的岩爆倾向预测模型。综合考虑岩爆发生条件,选取岩性条件、应力条件和围岩条件3项准则对应的15个岩爆倾向性判别指标。采用3标度法的改进层次分析法（IAHP）与熵权法（EWM）结合,消除主、客观因素影响获得最优权重,运用逼近理想解法(TOPSIS)分析评判对象与虚拟理想解的贴近程度,从而判断岩爆倾向性等级。研究结果表明:弹性能量指数Wet、动态DT参数、能量储耗指数k、T准侧和应力指数S对岩爆倾向性影响较大;该模型对岩爆倾向性预测准确率高于85%,可为类似地下岩土工程岩爆倾向性预测提供理论支撑。     

弱胶结软岩巷道高分子改性树脂注浆加固技术研究*

为解决弱胶结软岩胶结性差、力学强度低、遇水易软化带来的巷道围岩变形量大的问题,以王洼二矿为例,结合试验巷道围岩条件和注浆加固支护技术特点,提出高分子改性树脂注浆加固方案;并采用室内注浆加固体力学性能试验验证方案的可行性。结果表明:现场围岩单轴抗压强度平均值22.74 MPa、抗拉强度平均值0.674 MPa,高分子改性树脂注浆材料对围岩加固体单轴抗压强度影响不大,但加固体抗拉强度平均值3.07 MPa,相比原岩抗拉强度提高355.5%;现场试验顶板、两帮围岩变形量由之前的大变形逐渐控制在100 mm以内,注浆后30 d基本趋于稳定。研究结果对软岩巷道支护设计和施工具有一定的实际指导意义。     

单轴压缩下中部锁固岩桥变形破坏模式及演化机制研究

为了探究锁固岩桥破坏模式及演化机制,通过在完整试样端部预制裂隙以形成中部岩桥,采用物理试验和RFPA2D数值模拟方法,研究不同锁固岩桥角度试样破坏模式及裂隙扩展演化机制的影响规律,并利用断裂力学理论分析岩桥裂隙扩展机理。研究结果表明:利用数字图像技术,从定量角度分析裂隙扩展类型,得出试验试样最终破坏是由前期损伤不断积累所导致的结果;锁固段岩桥角度α对锁固段的破坏有重要影响,当α≤90°时,锁固岩桥段发生张拉贯通破坏;当90°＜α＜120°时,锁固岩桥段发生张拉剪切贯通破坏;当α≥120°时,锁固岩桥段并没有发生贯通破坏。最终得出3种试样破坏模式:下部裂隙张拉扩展,贯通中部岩桥;上下部裂隙同时张拉扩展,剪切贯通中部岩桥;下部裂隙张拉扩展,贯通试样上端面,中部岩桥没有发生破坏。     

二叠系火成岩地层井壁稳定性分析

火成岩地层是井壁失稳的高危地层,目前针对火成岩井壁稳定性研究缺乏系统分析。基于此,考虑火成岩结构,形成了多结构面强度准则,利用准则构建火成岩地层坍塌压力预测方法,分析该类地层井壁稳定性。研究结果表明:火成岩弱结构面发育,易导致岩石沿结构面破坏,从而降低岩石强度;结构面存在时,坍塌压力分布复杂,尤其弱面数量增多,岩石强度逐渐受弱面控制,坍塌压力显著上升;同时,水化作用也会导致地层坍塌压力增加;水化与弱结构面是火成岩地层井壁失稳的主要因素,考虑两者耦合作用是建立井壁稳定技术的关键。     

不同卸荷速率条件下岩爆碎屑破坏特征分析

为研究卸荷速率对岩爆的影响,采用岩石真三轴伺服诱变试验系统对大理岩进行不同卸荷速率下的岩爆试验,收集试验后得到的碎屑。通过对碎屑质量、粒径以及基本尺度的测量,得到碎屑的尺度特征以及不同粒径质量的分布特征;同时对所得到的碎屑进行分形特征研究。结果表明:在岩爆过程中,存在大量破碎的块状、板状、片状以及薄片状碎屑携带大量动能向临空面崩落,其携带的动能是由岩体自身储存的能量转化而来;卸载速率对岩爆的剧烈程度有着直接的影响,卸荷速率越快,发生岩爆时其程度越剧烈。     

旋转射流破岩钻孔机理研究

综合利用实验方法和数值模拟技术,研究了旋转射流的结构特性及井底流场分布,证明了旋转射流具有三维速度,且其速度最高部分,集中在离开射流轴心一定半径的一环形区域上,射流呈扩散状,其冲击面积随喷距的增大而大幅度增加。旋转射流破岩钻孔的机理不同于普通圆射流,它以剪切破碎为主,伴以冲蚀、拉伸破坏和磨削等多种形式,因而具有很高的破岩效率。破岩首先从对应着射流能量最高的环形区域开始,并逐步向内、外扩展,形成凸锥状的孔底。研究表明旋转射流在破岩钻长连续孔眼方面具有极大的优势