鄂尔多斯高原台地边缘地带地应力随钻测量与分布特征

传统水压致裂法和新的热胀致裂法等测量地应力均属于先成孔后测量,容易发生钻孔后变形、自然开裂和应力释放,很难从根本上保证裂纹是试验时发生还是钻孔后已自然发生,难以保证测量结果的准确性.为了克服常规水压致裂法地应力测量过程中钻孔完整性和致裂过程真实性难以确定的问题,采用地应力光声随钻测试系统对鄂尔多斯高原西南边缘地带典型区域地应力进行了水压致裂法测试,揭示了高原台地边缘地区的应力特点,获得了地应力随深度的变化规律,并与华北平原典型区域地应力测试统计结果进行了比较.研究表明,鄂尔多斯高原西南边缘台地地带的地应力处于中国大陆浅层地壳地应力统计结果的低段区间,高原边缘地带的地应力随深度呈线性增长,最小水平主应力随深度的增长速度高于最大水平主应力的增长速度;最大最小水平主应力低于华北平原区;受区域构造及高原台地地形等影响,鄂尔多斯台地边缘的地应力方向相较于华北平原区,向东发生了偏转;最大最小水平主应力与垂直应力之比所反映的侧压系数低于华北平原区,但两个水平最大最小主应力的差异性高于华北平原区.这说明,尽管高原边缘地带地应力总体水平低于华北平原区,但较大的水平应力差异性容易使地下空间发生剪切破坏,将不利于地下工程的稳定性.由此可见,在台地边缘区域进行地下工程设计和建设时,应重点关注井巷工程的方向布置和低水平应力高应力差值带来的负面影响.

二氧化碳爆破射流温度场演化规律实验研究

为了研究二氧化碳爆破射流温度场的演化规律,构建了二氧化碳爆破红外热成像实验系统,开展了二氧化碳爆破实验,分析了二氧化碳爆破射流的空间发展和温度演变过程。研究结果表明:在出现超温现象之前,二氧化碳射流的温度梯度分别为外圈最高、内圈稍低,核心区域温度最低;当出现超温现象时,射流的温度梯度分别为外圈最低、内圈稍高,核心区域温度最高;射流周围的环境温度呈现先降低,后升高的现象。初始泄能压力越高,二氧化碳爆破射流的温度峰值越高,最高温度达到了133.7℃,到达温度峰值所需的时间越长;初始泄能压力越低,温度谷值越低,最低温度为-3.4℃,到达温度谷值所需的时间越短;射流温度的峰值基本出现在二氧化碳爆破器泄能的初始阶段,随后小幅度上升,再跌入谷值。射流升温的主要阶段在管内,二氧化碳爆破射流的温度总体呈现先上升后下降的趋势。

露天矿公路扬尘机理及抑尘

分析了露天矿粉尘的危害以及在运输荷载下的扬尘机理,提出了与传统方法完全不同的粘结、润湿和保水一体的生态抑尘思想,进行了广泛的实验模拟和现场工业试验.结果表明,新型抑尘剂具有粘结、凝并、吸湿、保水、固结路面、自适应水土环境的效果,制备工艺简单,综合费用合理,性价比高,能满足露天矿公路运输和其他作业场址的防尘要求.

基于岩石可钻性指标的地层界面识别理论与方法

岩石可钻性指标是石油、矿山及地质部门广泛用于钻头选择和制定生产定额的重要参数,但现行可钻性指标的定义及参数获取的实验方法还存在许多问题.通过分析,重新定义了岩石的可钻性,提出了以单位能量下的穿孔速率作为可钻性指标的新概念;基于钻进过程中有效轴压、转速、穿孔速率和可钻性指标间的耦合关系,建立了可钻性指标的计算公式.同时,对新的可钻性指标在地层识别中的敏感性进行了分析,阐述了可钻性指标在地层识别中的物理意义.研究表明,新的可钻性指标克服了传统可钻性指标在判层中存在的盲区,并可实现沿钻孔剖面的连续判层.

基于钻进参数的岩土地层结构识别技术与方法

岩土地层结构是影响工程稳定与安全的重要因素,是地质及岩土工程勘测的主要内容。研发了一种地层地质界面识别系统,阐述了其基本组成和工作原理,建立了钻进过程识别码及岩土地层结构实时识别方法;通过花岗岩地基钻进试验研究,确定了岩体风化等级以及土层/散体、碎裂岩体及整体岩体结构的比能值范围,建立了金刚石钻进比能的地层结构分级标准,比能值分别是土层及散体为0.0017~0.6955 k N·m/cm3,碎裂岩体为0.0258~0.9798 k N·m/cm3,整体岩体为0.0018~2.4935 k N·m/cm3。研究结果表明,该方法与岩土勘测结果一致,可用于地层地质及岩土地层结构的实时识别,为岩土工程智能勘测提供了新的途径。

钻进参数用于香港复杂风化花岗岩地层的界面识别

在采用仪器钻进系统对复杂风化花岗岩地层界面进行成功识别的基础上,在复杂风化花岗岩场址的勘探中进行进一步应用和检验。在该风化花岗岩地层中,强风化与中等风化花岗岩交错,地层特征相当复杂。试验采用R–20液压回转式钻机,并安装数字式钻孔过程监测系统,在钻孔过程中对穿孔参数进行自动采集。对穿孔参数的定性和定量分析表明,在此地层中,有效轴压力、钻具转速、冲洗压力、钻头位移及穿孔速率等监测参数在界面处亦具有明显的涨落,说明这些参数与界面处岩石强度的变化具有很好的响应特征,能可靠地揭示复杂地层的变化。同时,采用变斜率法对地层中的主、次界面进行识别。t检验表明,仪器钻进系统对岩土界面识别的置信度为99%。

生态型抑尘剂的选择与实验模拟研究

根据露天矿汽车运输土质路面扬尘的发生机理,从环境本底条件出发,建立了粘结、凝并、吸湿、保水等抑尘因子的选择原则,确定了抑尘因子并对其进行了粘度、吸湿、高温抗蒸发及研磨抗辗压等实验模拟,在露天矿主要运输道路和放矿平台进行了应用.结果表明,由可溶性淀粉、硅酸钠和丙三醇组成的抑尘剂,粘度可达5 10mPa·s,粉尘的饱和吸剂率达到64 6% ,恒高温(4 5℃)下单位面积的蒸发速率为0 3kg·m- 2 ·h- 1 ,抗蒸发时间达65 17h ,具有强的粘结、凝并、吸湿、保水、抗高温和固结路面等性能,而且吸附性强,当一次喷洒量为0 5～1 0L·m- 2 时,可有效抑尘5d .

金刚石钻进比功及风化花岗岩实时分级研究

基于钻进过程监测系统在不同花岗岩地基金刚石钻进中监测数据,对钻进比功及其变化特性进行分析。结果表明,金刚石钻进比功随岩石风化程度的减弱而增大,具有明显的分区性。在软的全风化及强风化花岗岩中,金刚石钻进比功值低于冲击凿碎比功值;在中等硬度的风化花岗岩中,金刚石钻进比功值与冲击凿碎比功值接近;在硬度较大的微风化花岗岩中,金刚石钻进比功大于冲击凿碎比功。由此可知,在中等硬度的花岗岩中,用冲击凿碎比功来估计金刚石钻进比功才是合适的。这与旋转钻进只适于中硬以下岩层的实际相吻合。最后,提出采用比功变化曲线进行分区,并结合比功均值指标与上界指标对岩体进行实时分级的方法。

风化花岗岩地层旋转钻进中的能量分析

旋转钻进是岩土工程钻探的主要钻进方式,从能量守恒原理出发,对旋转钻进的能量进行分析。同时,在R-20液压式回转钻机上安装数字式钻孔过程监测(DPM)系统,在风化花岗岩地基工程中进行试验,并在监测数据的基础上对钻进能量进行分析计算。研究结果表明,钻进过程中用于破碎岩石的能量主要来自钻进系统的动能,钻进系统用于破碎岩石的能量分配与地层强度特性有关。在风化程度较低或新鲜岩层中钻进时,破碎岩石98%以上的能量来自系统的动能,而轴压力推动钻头位移所给出的能量不到2%;在土层或全风化岩层中,轴压力所做的功达到22%以上,且明显随风化程度的增高而增大,说明钻进系统动能与轴力功可用以表征地层的可钻性,这为实时钻进能量用于地层的识别提供理论依据。

岩石强度损伤及其环境效应实验模拟研究

在不同酸 (H2 SO4 、HNO3 及HCL)及浓度 (1%、 5 %及 10 % )条件下 ,对大理岩和辉绿岩的强度损伤及环境效应 ,进行了静水条件下的单因素摸拟和室内风化模拟 。

岩土工程界面识别中的地层判别分类方法研究

如何根据钻进过程参数曲线对钻进地层进行可钻性实时分级是仪器钻进系统发展和应用的关键技术。据此,对统计模式识别进行分析,并针对钻进参数样本数据的特点,采用最短距离聚类准则,分别建立类及分类数已知与类及分类数未知条件下的地层判别分类及有效性检验方法;同时,在风化花岗岩金刚石钻进中采用钻进比功曲线对地层进行了分级研究。研究结果表明,在普通风化花岗岩地层中,该聚类分析方法分类性能良好、精度高、误判率低,所获得的分类结果与岩芯地质录孔的分类结果相吻合。该方法为岩土工程地层的自动判别分级提供了定量判别方法。

岩石在酸化环境下的强度损伤及其静态加速模拟

在不同质量百分比(1.0%,5.0%及10.0%)的3种酸溶液(H2SO4,HNO3和HCl)中,对大理岩和辉绿岩的水岩作用进行了静态长时(900d)加速浸泡试验模拟,分析了岩石单轴抗压强度、劈裂法抗拉强度和表面肖氏硬度的损伤对酸的敏感性和损伤机制。研究结果表明,在静水环境下,岩石强度损伤、硬度损伤及腐蚀速率与H+浓度及浸泡时间成非线性关系,岩石腐蚀所产生的环境效应不仅与岩性、酸种和H+浓度有关,而且与新成盐是否发生水解有关。

地下转露天矿山复杂采空区探测工程实践

在地下转露天矿山开采过程中,露天境界内存在的各种复杂采空区对矿山的安全生产造成严重的威胁。通过现场勘察和文献资料分析总结了各种复杂采空区的组成,并按照其成因、形态等特征因素对其进行合理分类,归纳出规划开采形成的采空区、古代开采和非法盗采形成的采空区、充填不充分或充填体沉降形成的采空区以及二次垮塌形成的采空区4种类型。同时结合工程现场实例介绍了利用GPR法对地下转露天开采矿山境界内典型的浅地表复杂采空区进行探测的原理和技术方法,包括现场数据采集、后期数据一体化实时处理和资料可视化解译分析。结果表明,利用GPR法探测地下转露天开采过程中赋存的复杂采空区方便快捷且探测效果明显,值得在相关领域应用推广。

露天矿运输道路生态型抑尘因子的选择

根据露天矿汽车运输土质路面特征及扬尘的发生机理，从环境本底条件出发，建立了黏结凝并、吸湿、保水等抑尘因子的选择原则．对蔗糖、可溶性淀粉、丙三醇、碳酸钠、硅酸钠等因子进行了粘度、吸湿、高温抗蒸发及研磨抗辗压等实验模拟研究，并与纯水进行了对比．结果表明，由可溶性淀粉、硅酸钠和丙三醇组成的抑尘剂，粘度可达510mPa·s，粉尘的饱和吸剂率达到65．3％，恒高温(45℃)下单位面积的抗蒸发速率为0．03g·cm^(-2)·h^(-1)，抗蒸发时间达65．17h，具有强的黏结、凝并、吸湿、保水、抗高温和固结路面等性能，而且吸附性强，不产生喷洒时的二次扬尘，对矿石加工与冶炼无任何副作用，环境友好．

基于仪器钻进系统的风化花岗岩地层界面识别

针对香港风化花岗岩场址勘探,在液压旋转钻机上安装钻孔过程监测系统(drilling process monitoring,DPM),对有效轴压力、钻具转速、冲洗压力、钻头位移及穿孔速率进行了实时监测.采用变斜率作为显著性指数,对地层中的主、次界面进行了识别.t检验表明,DPM系统对岩土界面识别的置信度为99%.此外,对穿孔参数在界面处的变化分析表明,这些参数随孔深的变化曲线在界面处存在不同涨落,轴压力和穿孔速率对界面上岩石强度变化的响应度为81.82%.

香港充填土风化花岗岩场址勘探中的界面识别研究

针对香港充填土风化花岗岩场址勘探,在液压旋转钻机上安装钻孔过程监测系统(DPM),对有效轴压力、钻具转速、冲洗压力、钻头位移及穿孔速率进行了实时监测。采用变斜率作为显著性指数,对地层中的主、次界面进行了识别。t-检验表明:DPM系统对岩土界面识别的置信度为99%。此外,对穿孔参数在界面处的变化分析表明:这些参数随孔深的变化曲线在界面处存在不同涨落,轴压力和穿孔速率对界面上岩石强度变化的响应度为81.82%。

城市地质环境质量信息权综合评价方法研究

利用现代信息理论，提出了信息权的概念并建立了信息权模型．采用分级计权方法，反映了要素及要素与因子间的作用程度及层次关系，并采用数理逻辑推理，避免了人为因素干扰．

强风化岩质边坡软弱结构层EH-4探测工程实例分析

基于EH-4大地电磁成像系统的工作原理和特点、现场探测方法以及后期数据处理优势,对某强风化边坡进行了现场探测,掌握了其低电阻层在空间上的分布,并结合钻孔数据和地质分析,对地层岩性进行了解译,查明了软弱结构层的分布。工程实例分析表明该方法可对强风化边坡内赋存的软弱结构层进行超前的宏观预测,值得在相关领域推广运用。

变坡角浅层粘土斜坡稳定敏感性分析

用地球物理方法确定了滑坡体的坡底滑移面,重建了斜坡体,并根据坡角的变化划分了块段,运用力的递推原理,计算了滑坡体块段的稳定性系数.对坡角、含水率、内摩擦角、内聚力、静水压力、地震力及列车荷载等因素进行了分析,讨论了敏感性分析中因子变化步长、范围及因子的相关性,获得了粘性土层容重、内摩擦角、内聚力与含水率之间以及内摩擦角与内聚力之间的耦合关系方程.在因子独立及关联作用下,分别对斜坡稳定性进行了单因素分析并确定了敏感性因子.结果表明,内摩擦角、内聚力、坡角及含水率是影响斜坡稳定性的主要敏感性因素.将滑坡因子作为独立变量和非耦合处理时,将弱化含水率及内聚力在稳定性分析中的影响.

球齿钻(钎)头边齿失效问题分析

本文从边齿的力学分析入手,对边齿失效问题进行了系统的分析研究,得出了几个关于失效问题的重要参数。同时,对失效的机理进行了分析,揭示了国内外球齿钻(钎)头长期以来钻(钎)头体几何结构参数和球齿受力特点相分离的现状。指出了解决边齿失效问题的方向。