蠕变对坚硬岩体的地应力测量的影响分析

在不同的围岩和应力条件下，尤其是含有多种其它介质夹杂的坚硬围岩，钻进速度对地应力测量有直接影响。一般来说，钻进速度对地应力测量产生影响的主要原因是岩石的蠕变特性。针对不同岩性、不同应力条件下的复杂围岩体，提出了在地应力测量的不同阶段，钻进速度应遵循的原则。     

蠕变对坚硬岩体的地应力测量的影响分析

在不同的围岩和应力条件下,尤其是含有多种其它介质夹杂的坚硬围岩,钻进速度对地应力测量有直接影响。一般来说,钻进速度对地应力测量产生影响的主要原因是岩石的蠕变特性。针对不同岩性、不同应力条件下的复杂围岩体,提出了在地应力测量的不同阶段,钻进速度应遵循的原则。     

深部软岩巷道围岩分区破裂模拟实验

为研究深部软岩巷道破坏特征和机理,采用与实际工程岩体结构相似的巷道围岩物理模型进行三维模拟试验,考虑了不同应力水平、岩性(软岩和硬岩)、岩体结构特征(节理及层理分布)以及支护形式等因素,通过对比分析在弱、强支护条件下围岩内部不同深度的应力状态和位移,归纳出巷道围岩分区破坏的原因和影响因素,同时提出了主应力方向的旋转对巷道围岩的破坏作用,初步认为深部巷道分区破裂主要是剪切和张拉破坏共同作用的结果,这对于探索软岩巷道变形破坏规律和指导支护技术具有重要意义.     

流变岩体中三向压力传感器的应力恢复规律模拟研究

流变应力恢复法是一种专门针对深部软弱围岩提出的地应力测量新方法;该方法在围岩钻孔中埋置三向压应力传感器,并注浆充填密实,进而根据传感器的实测恢复应力来分析围岩的初始应力状态和巷道围岩应力分布及演化。压力传感器实测应力的恢复规律是流变应力恢复法需要解决的关键问题之一。采用数值方法模拟流变应力恢复法的测试过程,研究不同围岩黏弹性模型、不同围岩参数、不同地应力状态以及不同注浆材料模量参数对三向压应力传感器实测应力的影响规律;同时,基于大量文献中的流变试验数据,得到了不同围岩等级下传感器实测应力的恢复规律。该研究为流变应力恢复法的成功实施提供了理论依据。     

基于地应力椭球和椭圆的松动圈计算方法

采用地应力椭球和地应力椭圆分析方法,结合实测的车集矿地应力结果,以及矿区地质资料、地应力测量中揭露的地质情况,研究原岩应力与巷道松动圈的关系.结果表明:在地应力作用下,不同的巷道走向将影响到其周边围岩的受力状况,随着地应力椭圆离心率的增大,巷道周围受力的不均匀性增加.走向一定的情况下,将应力椭圆视为围岩破碎带的形状,从而进行巷道断面形状的优化和支护参数的优选是合理可行的.     

不同岩性条件下巷道围岩变形破坏特征数值模拟研究

运用FLAC2D有限元数值模拟的方法,研究和分析不同岩性条件下围岩变形破坏的应力分布和破坏规律。模拟结果表明：无论巷道断面的哪个位置,都表现出巷道处于断层破碎带岩性下时,应力影响范围及塑l}生变形破坏范围较巷道处于正常岩性下时大,而应力峰值表现出较正常岩性下时小;巷道帮部肩窝处应力集中表现出较其他位置时应力峰值大。本文实验的研究对于井下煤矿开采巷道设计、工作面回采以及地质灾害的防治等方面具有一定的理论与实际意义。     

武夷山隧道围岩破坏过程中的声发射特性研究

在单轴加载条件下进行花岗岩和凝灰岩试件加载破坏过程中声发射(AE)特性试验研究,得到岩石加载破坏过程中时间-应力-空间定位事件率、时间-应力-撞击率和时间-应力定位事件能量率图,并获得累计定位事件、累计撞击事件和累计定位事件能量.研究结果表明能量率与事件率和撞击率相一致,均在岩石试件破坏前期有突增特性.结合这3个参数作为岩石破坏前兆,能为岩石失稳破坏提供较好的参考依据.根据岩石加载破坏过程中不同岩性的空间定位事件累计能量的量级特征,分析通过试验为工程实际中围岩体损伤程度进行实时监测提供参数依据的科学可行性.     

黔西南锦丰金矿地应力测试及分布特征研究

黔西南锦丰金矿矿体最大埋深在900 m以上，随着开采深度的增加，应力环境变得极为复杂，巷道围岩失稳问题日益突显。针对黔西南锦丰金矿开发过程中面临的矿体赋存状态复杂、围岩稳定性差等问题，采用套孔应力解除法对锦丰金矿90 m、150 m中段进行现场地应力测试，获得了测点地应力赋存状态。结合研究区域的具体地质背景和相关实测数据资料，利用有限差分软件进一步分析地应力场影响因素。研究结果表明：90 m、150 m中段地应力场处于中高等应力水平，各测点主应力中有2个倾角较小，接近水平应力，1个倾角较大，接近垂直应力，实测σ_z基本等于上覆岩层重量γH;最大主应力方位角处于187～245°,整体呈NE-SW向，通过分析地应力场与区域地质构造的内在联系，总体可以推断，实测地应力场分布方向与构造应力方向基本一致；地形差异、断层构造及埋深等因素对地应力场分布特征产生一定影响。     

深井岩巷破坏机理与支护优化研究

岩巷的稳定性评价与支护设计对深井岩巷掘进和维护十分重要。为了开展深埋煤矿岩石巷道围岩稳定性分析和锚网支护参数优化分析,以文家坡煤矿深埋一号辅助运输大巷为工程背景,采用多种监测手段完成了岩巷变形特征的实测分析,然后运用数值模拟的方式从巷道围岩塑性区发展规律和围岩应力变化特性两方面分析了巷道围岩变形破坏机理,最后根据现场监测和模拟结果优化了该巷道的支护方案,并进行了模拟验证。结果表明:随着巷道不断地向前掘进,巷道两帮围岩塑性区厚度先增大直到逐渐稳定,自重引起的水平应力使巷帮向巷道内收敛,顶板产生剪切破坏,两帮产生劈裂破坏;原支护方案作用下巷道围岩变形量非常小,锚杆(索)支护方案过于保守。将帮部锚杆长度由2.7 m优化到2.3 m后,在其他支护参数保持不变的情况下支护可以满足巷道稳定性的要求。     

程潮铁矿岩爆倾向性分析及其能量预测

根据系统的工程地质调查,在对井下-430～-568m范围内岩样进行力学实验研究的基础上,采用RMR岩体分类方法和高地应力条件下适应性较好的Q系统,对深部围岩进行了工程分类,并分析了RMR、RQD与岩爆的关系. 认为程潮铁矿深部(-500m以下)岩体发生岩爆的可能性较大. 通过对矿区地应力分布规律的研究,探讨了矿区高应力环境对岩爆孕育的影响. 最后,通过对矿区采场三维有限元数值模拟,分析了深部开采矿岩能量分布规律,据此推断该矿岩爆临界深度在-500m水平. 从模拟结果可以看出:地应力环境受上部开采活动的影响,-500m水平应力明显增加,高于-533m水平;-533m水平以下,随着垂直深度增加,矿岩能量最大值逐渐增大.     

深部巷道围岩热-固耦合条件下的变形破坏数值分析

为研究深部巷道围岩热-固耦合条件下的变形破坏特征,根据深部巷道围岩体稳态温度场模型,得出了热-固耦合条件下深部巷道围岩体应力场、位移场及塑性圈半径的解析解,总结了热应力作用下围岩变形破坏的影响因素。借助Comsol Multiphysics多物理场耦合仿真软件对深部巷道围岩进行热-固耦合数值模拟,并将岩石力学参数与温度的关系引入模拟计算,分析了热应力、支护阻力对围岩变形破坏的影响规律。仿真结果显示,围岩热应力场分布呈非线性变化,浅部应力梯度大,深部应力梯度小;当巷内温度低于原岩温度时,热应力为压应力;随原岩温度升高,径向卸压范围及切向应力集中范围扩大,围岩塑性圈宽度和径向位移值有所增大;随巷内支护阻力提高,围岩塑性圈宽度和径向位移值则有所减小。现场试验发现,巷道围岩热应力场、应力场及位移场计算结果与实测结果吻合较好。     

基于原岩应力测量的软岩巷道支护优化设计研究

为了解决曹庄煤矿高应力软岩巷道支护困难的问题,进行了井下原岩应力实测,采用基于实测地应力的锚杆支护优化设计方法,优化了巷道支护设计参数。工程实践表明,该支护技术有效控制了高应力软岩巷道围岩变形,取得了良好的技术经济效益,提供了一种控制高应力软岩巷道围岩变形的有效方法,对类似条件下巷道支护设计具有一定借鉴意义。     

深部巷道围岩蠕变的数值模拟

煤矿深部开采时,针对高地应力下岩体蠕变导致的巷道围岩变形问题,分析了围岩变形破坏特征,并结合现场相关地质资料,采用FLAC^3D程序的Burgers蠕变模块,对不同围压条件下巷道围岩蠕变问题进行模拟研究。结果表明：围岩的蠕变存在着初始蠕变和稳定蠕变两个阶段;围岩的蠕变移近量、变形速率和应力均随时间的延长而增大,最终趋于稳定。该研究对高地应力条件下巷道施工有一定指导意义。     

不同地应力条件下巷道开挖的弹塑性分析

针对不同地应力条件下地下巷道工程开挖过程中围岩的弹塑性应力问题,利用有限元方法进行数值仿真研究.对于弹塑性地下岩体,研究初始应力场分别为只考虑重力应力场或考虑重力与构造应力场两种情况下,巷道开挖后其表面应力的变化规律.数值结果表明,对埋深较大的巷道,构造应力场是引起巷道顶底板变形的主要因素.此外研究侧压力系数对巷道围岩塑性区域的影响,发现侧压力系数小于1,塑性区主要出现在巷道两帮,且系数越小围岩塑性区范围越大.     

深埋巷道地应力特征及优化支护设计

针对深部巷道地质环境复杂及围岩变形剧烈、巷道变形量达数百毫米的现状,提出以地应力测量为前提、测力锚杆全程监测为基础、高预紧力全长锚固技术为核心、通过数值模拟加以修正的动态支护优化设计方案。以淮南潘三煤矿1621(1)工作面运输巷道为例,采用应力解除法对地应力进行实测,在巷道关键位置安装测力锚杆实时监测并记录锚杆轴力,结合数值模拟对优化前后的支护方案进行对比。结果表明,深部巷道以水平应力为主,随着巷道掘进方向与最大水平主应力方向夹角的增大和主应力差的增加,巷道变形迅速增大;采用现有全长锚固支护时施加的预紧力较低,巷道浅部顶板变形剧烈,未能发挥全长锚固的优势;采用高预紧力结合全长锚固优化支护来提高围岩的抗变形能力,改善围岩特性,增加围岩有效应力,可减小巷道变形,优化支护效果比较显著。     

榆树井煤矿地应力测量及分布规律研究

在榆树井煤矿风井井底车场布置2个测点,采用应力解除法进行现场地应力实测.实测数据表明:水平应力大于垂直应力,最大水平主应力为垂直应力的1.70～1.76倍,即井底车场的地应力以水平构造应力为主,水平构造应力对巷道稳定性影响较大;实测的最大水平主应力为最小水平主应力的1.90 ～ 1.93倍,即水平应力对巷道稳定性的影响具有明显的方向性.并根据矿区实测地应力资料,分析了矿井地应力大小、方向和分布特征.实践表明,钻孔套芯应力解除地应力测量法是测量矿井地应力的最快捷、有效的技术手段,为巷道布置及支护设计等提供了可靠依据.     

厚煤层分岔区下分层回采巷道位置选择

针对分岔厚煤层下分层难以确定回采巷道位置这一问题,通过采用室内试验对夹矸层和3下煤层受采动影响破坏进行分析。采用数值模拟对6种不同方案下围岩的应力分布规律、巷道变形特征和塑性区分布情况进行分析,结果表明:与煤柱中心的水平间距为30m处巷道围岩稳定性较好,其巷道围岩塑性区范围及变形量小。通过现场监测对巷道稳定性进行验证,表明在距离残余煤柱30m处布置回采巷道,围岩的变形量比较小,巷道围岩具有良好的稳定性。研究结论为类似条件下的巷道位置选择提供了借鉴。     

双轴加载下成组裂隙参数对类岩石试件力学性质的影响规律

煤矿深部地层岩巷围岩裂隙分布复杂,裂隙参数对岩体力学性能影响较大。为研究深部地层裂隙岩体在掘进扰动条件下的破坏规律与力学性能,制备不同裂隙倾角和长度的成组裂隙类岩石试件,开展模拟煤矿深部巷道掘进扰动的双轴加载试验,研究类岩石试件力学特性及其影响因素。研究结果表明：成组裂隙试件强度受预制裂隙的倾角影响明显,当预制裂隙倾角为30°～45°时,试件的起裂应力和峰值应力为最小值,当裂隙倾角为90°时,试件的起裂应力和峰值应力最大。在双轴固定比例加载的条件下,裂隙倾角和长度均会对试件的强度产生影响,其中裂隙倾角对试件强度的影响最为明显,裂隙长度的影响较小。     

大采高大断面迎采沿空巷道窄煤柱宽度研究

根据山西马堡煤矿地质条件，通过极限平衡理论、内外应力场理论计算出迎采巷道煤柱宽度范围为6.48～8.97 m.采用FLAC^3D数值模拟软件，分别模拟了煤柱宽度为5～9 m时，在15202运输顺槽掘进过程中，煤柱应力分布、塑性区分布及迎采沿空巷道围岩变形规律，结果表明：随着煤柱宽度的增加，煤柱峰值应力及塑性区范围不断减小，煤柱宽度为7 m以后，峰值应力减小趋势和塑性区变化均不明显，围岩变形逐渐趋于稳定，综合考虑安全开采和资源高效利用，最终确定煤柱宽度为7 m.通过模拟煤柱不同位置在采掘过程中的应力变化，确定采掘应力叠加影响范围为采掘间距30～-30 m,并结合15202运输顺槽不同位置的围岩变形情况，给出了合理的支护建议。     

基于应变硬(软)化模型的深埋巷道开挖对邻近巷道的影响

为研究深埋工程开挖过程中围岩的硬(软)化现象,文章基于弹塑性理论,引入硬(软)化参数,建立了岩石的应变硬(软)化模型,对深埋巷道开挖对邻近巷道的影响问题进行数值模拟.研究表明:获取的岩石强度演化特征,能够反映岩石类材料的主要性质;巷道在高水平应力条件的潜在破坏区主要分布在两侧墙、底板两侧及拱顶;巷道内各位置应力值和变形...