微地震监测系统在冲击地压预测预报中的应用

微地震是一种小型的地震,在地下矿井深部开采过程中不可避免的发生岩石破裂和地震活动。冲击地压是采矿诱发的矿井地震,严重威胁着煤矿的安全生产。微地震监测技术是一种新的地球物理探测技术,利用微地震监测系统是预测预报冲击地压的有效手段,分析微地震事件的分区性,指出应力积聚区域及冲击地压危险区域,成功预测了该工作面的冲击地压。     

微地震研究及在深部采动围岩监测中的应用

文章介绍了岩石微地震技术研究的现状及发展趋势,结合国际上近期的一些重大工程应用型研究项目,阐述了微地震技术的特点、意义及其研究的主要内容,针对目前采矿工程中存在的围岩变形、断裂及冲击地压等灾害现象,指出了其应用在深部矿井采动围岩稳定性监测中所具有的潜在优势,系统地分析了其可行性,对如何在深部矿井应用微地震技术监测采动围岩稳定性提出了建设性的构想。     

基于岩石细观损伤机制的岩爆机理研究

岩爆是采矿诱发的地震现象，是矿井自然灾害之一。岩爆发生条件与岩石的力学性能有关。岩体中微裂纹的形成、扩展和汇合对岩体的力学性能产生显著影响，可以导致材料的逐渐劣化直至破坏。对于三轴压缩的岩石试件，当侧向应力为拉应力或很小时，其破坏形式主要是徽裂纹的摩擦滑移、自相似平面扩展和弯折扩展。本文基于岩石细观损伤机制，在本构关系中引入损伤效应函数，用于分析圆形洞室的岩爆现象，得到了岩爆发生的临界损伤范围和临界载荷的解析式。结果表明临界损伤范围取决于弹性模量与降模量之比；临界载荷与峰值强度及内摩擦角有关。     

深部矿井围岩应力变形的ANSYS数值模拟

针对矿井开发日益向地壳深处发展的现状,根据岩石力学和流变力学原理,分析了矿井在深部开采条件下开采深度和温度对围岩应力和变形的影响.采用大型通用有限元分析软件ANSYS,建立二维模型并对某矿井进行了数值模拟,184号节点在1 500和2 000 m深度下,矿井岩石的应力分别为42和56 MPa,位移分别为1.18和1.57 m.结果表明:围岩的变形随时间的增加而增加,并且围岩的应力与变形随开采深度(温度)的增加而增加.     

对深部地下坑道围岩分区变形机理的探讨

为了解释在深地下矿井里观察到的疏松区与压缩区交替出现的分区现象,探讨深部巷道围岩分区变形机理,运用滑移破坏岩石强度理论,研究了深部岩体的应力-应变特征,揭示了岩体分区破碎化现象的力学原理,并得出以下几点结论:坑道围岩区域破碎成因受外部条件影响较小;深部岩体的应力-应变状态决定其变形与破坏;高地应力转移所造成的劈裂效应导致岩体破碎分区化;应力场的传递和转移受深部岩体的开挖形状和力学性质等影响,地应力的加大和集中,产生了性质不同的变形破坏区域.     

基于元胞自动机的深部采矿岩体变形的演化模型

根据深部采矿岩体变形的离散性特征,运用元胞自动机建模方法构建深部采矿岩体的变形演化模型;利用元胞岩石的状态变化概率和元胞状态变化的影响系数,实现深部采矿岩体的动力学模拟.在演化模型的基础上,进行了模拟实验,且运用R/S分析法对结果进行分析,得到了以离散度作为岩体稳定性的标准.     

岩石扩容现象与超声横波特征参数相互关系研究评述

介绍了岩石扩容现象与超声皮特征参数相互关系相关专业领域研究的现状及其应用，在用横波速度最大值（Vsmax）来分析岩石微裂纹初始扩展时的应力值（应力门槛值）新方法的基础上，建议利用主动的人工横波震源，应力门槛值、Vsmax后的横波速度值与岩石裂纹加速发展的同步减小特性，更深入地进入地震破裂丛集及前兆特征的研究，有可能建立地震和地质灾害性预报的新方法，并提出利用利用传统方法研究岩石扩容机理，应力门槛值，泊松比等的同时，进行岩石扩容现象，声发射和超声波横波等特性参相互关系研究的新思路。     

深部非线性岩石动力学的理论发展及应用

本文系统总结了爆炸等强动力作用下深部非线性岩石动力学的发展,指出在研究诱发人工地震、岩爆等动力事件时,必须考虑岩体的结构特性.通过大规模爆炸条件下的岩块基本变形特性分析,构建了岩块不可逆位移渐进演化分析模型,确定了不同爆炸当量激活块体的尺度随爆心距的关系和岩块不可逆位移大小的边界范围,提出了地下核爆炸诱发人工地震安全距离的计算方法,结合美、俄、法等地下核试验数据,综合验证了理论方法的可靠性.     

深井高应力软岩巷道的支护实践

为了更好的开发利用煤炭资源,矿井的开挖深度在不断增加,深部找矿和采矿也已经逐渐成为了采矿行业的主要方向之一,而随着矿井深度的不断加深,由于矿压的不断增强,很多的岩体在深部转化成了具有很强的高应力的软岩,软岩的出现使得巷道支护的难度在不断增加,很多的巷道由于存在质量问题或是安全隐患,需要进行重新或是多次返修,不仅影响力采矿的正常进行,也带来了重大的安全隐患。为此,我们必须加强深井高应力软岩巷道的支护方式和技术的研究,创新当前的支护技术,更好的保证支护安全和巷道安全。在这种背景下,对于深井高应力软岩巷道的支护实践进行研究和分析具有重要的现实意义。     

在地震激励下动水压力对沉管隧道的影响

考虑粘-弹性人工边界、土壤的非线性及流-固耦合作用,建立了沉管隧道-土壤-流体(水)相互作用的力学模型,采用Newmark算法,对沉管隧道在地震激励下的响应进行分析.分析了不同地震激励以及不同水深条件下沉管隧道结构的应力变化.研究了动水压力对沉管隧道的影响.结果表明:在只考虑水平方向地震激励时,动水压力对沉管隧道的作用影响较小,在分析时可以忽略动水压力的作用;在含有竖直分量的地震激励下,动水压力对沉管隧道的应力有较大影响,在分析沉管隧道的地震响应时,应该考虑竖向地震的作用;由于动水压力的作用,沉管隧道的最大应力位置会发生变化.结果可用于运行条件下沉管隧道的动力特性以及损伤产生发展机理的研究.     

采动岩体变形的混沌行为研究

为了分析采动岩体变形的非线性特征,通过相空间重构分析了开采过程中岩体变形的混沌特征。开采过程中岩体变形的监测数据是所研究的岩体变形破坏过程的历史记录,在这些数据中必然蕴含着岩体稳定机理。与之相应岩体结构、性质和地质环境以及开采工艺决定着数据的特征和规律。监测数据的规律反映了岩体变形破坏的复杂非线性机理。因而可以利用非线性动力学理论来研究岩体变形破坏的规律。     

深部开采岩爆预测的神经网络方法

岩爆是深部高地应力岩石地下工程中的一种常见灾害,其影响因素之间存在着极其复杂的非线性关系。在综合分析基础上,选取开采深度、围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度比值、岩石单轴抗压强度和抗拉强度比值、岩石冲击性倾向指数作为岩爆预测的评判指标。应用人工神经网络方法,建立了岩爆预测的计算模型,利用国内外一些深部开采、岩石地下工程资料作为学习样本和测试样本对模型进行训练。该模型成功应用于某矿巷道的岩爆预测,预测结果与实际情况一致,此研究为深部开采岩爆预测提供了新的途径。     

深井覆岩体结构形变分带（区）性研究

针对深井开采覆岩结构变形的特殊性,提出基于应力场转移的深井覆岩结构形变模型。采用三雄半解析数值计算和现场综合试验与勘测的方法,给出采动岩体沉陷移动的分带、分医特征及突变集中变形和阶段性滞缓移动现象的动态演化规律,为深井开采覆岩与地表移动变形灾害控制提供科学理论依据。     

国家自然科学基金资助采动损害与控制类项目分析

回顾了国家自然科学基金委员会工程与材料科学部工程科学一处近六年资助采动损害与控制项目的基本情况。基金资助采动损害与控制类项目的主要内容为岩石破坏基本性质研究、采动损害机理研究、采动损害非线性动态力学模型研究、采动损害与控制预测预报研究、采动损害治理与控制基础研究。并介绍了此类项目的主要研究内容。     

矿体阶段开采顺序的选择及数值模拟

利用2D-σ程序对深部矿体不同开采顺序的应力场和位移场进行数值模拟.研究结果表明,采用上行式阶段开采顺序,采场顶板破坏度、位移值和垂直方向应力值均小于下行式开采,在矿床开采末期,地表的沉陷范围及各阶段顶板和边帮的位移均小于下行式开采.因此,采用上行式阶段开采顺序有利于改善采场的稳定性及减轻或避免深部硬岩开采诱发的岩爆灾害,从回采工艺过程方面分析,更有利于矿山实现的无废开采新技术,具有显著的经济效益和社会价值.     

深部开采灾害及防治研究进展

随着浅部矿物资源日益减少,越来越多的矿井开采向深部推进。开采深度不断增加所引起的软岩大变形、岩爆、高矿压、热害、瓦斯突出和强扰动等工程灾害为深部采矿工程带来了极大的挑战,严重威胁着矿井的生产安全。国内外学者针对深部资源开采面临的工程问题进行了大量的理论与试验研究并取得了一定的成果。本文阐述了引起深部工程灾害的主控因素,总结了深部复杂地质环境灾害现象物理力学机制的研究进展,介绍了深部开采工程实践中防治各类灾害事故的技术装备和理论构想的发展现状,最后提出了未来深部岩体力学理论研究与灾害控制措施研究面临的挑战。     

深部岩体脆延转化特性与覆岩塑性极限状态研究

为了研究深部开采覆岩变形破坏规律,基于深部岩体的脆延转化特性,采用解析分析方法,对深部采场上覆岩层极限承载能力进行了研究。结果表明:深部岩体在拉应力超过弹性极限强度后表现出塑性软化特性,承载能力随拉应变的增大而降低;深部开采上覆岩层的变形破坏规律主要受弯矩支配;随着采煤工作面的推进,采空区长度逐渐增大,上覆岩层所受弯矩逐渐增加,拉应变逐渐增大,当局部拉应力达到弹性极限强度时岩层处于弹性极限状态;随着采煤工作面的继续推进,弯矩继续增加,拉应变继续增大,最终岩层达到塑性极限状态,弯矩达到塑性极限值,岩层失去承载能力而断裂。关键岩层达到塑性极限状态时,因断裂而释放大量变形能,诱发冲击地压等矿山动力灾害。     

矿井构造应力场和冲击地压

本文根据陶压煤矿数年来大量观测资料,从造成冲击地压的多种因素中,分析确定了该矿深部构造应力场。并从自重应力、煤与围岩的物理力学性质、构造应力和采动集中应力等方面,论述了冲击地压的成因机理,这对开采深部煤层和有效地控制冲击地压提供了依据。     

(急)倾斜煤层深部开采覆岩变形力学模型及应用

根据人们对如何描述（急）倾斜煤层采空区上覆岩层变形行为的需要,在弹性理论的基础上,将上覆岩层假设为岩板,研究上覆岩层的变形特征,建立了上覆岩层变形的力学模型,导出了采动覆岩的挠度方程和计算最大挠度点的理论公式,通过计算得到了采空区下方挠度大于其上方的挠度,最大挠度点位于采空区中部偏下的位置,真实地反映了（急）倾斜煤层深部开采时采空区顶板变形特征和岩板在联合作用力条件下的变形本质,为（急）倾斜煤层深部开采覆岩变形计算提供了科学依据．     

矿井深部综采放顶煤工作面防动压技术研究

在深部矿井开采过程中,受开采深度、煤岩性质、顶板岩层结构特点、地质构造及开采技术等诸多因素的影响容易发生冲击矿压事故,给矿井的安全生产造成严重影响。本文通过对赵各庄矿业公司3137综采放顶煤工作面防动压技术的研究及工作总结,提出防治冲击地压事故发生的相关安全技术措施,确保安全生产。