基于渗流作用下含断层的露天矿边坡稳定性的数值模拟研究

为研究含断层露天边坡在渗流作用下的稳定性问题,采用FLAC3D数值模拟技术构建断层作用下的滑体力学模型,获得顺倾层状边坡分条稳定系数表达式,进而对渗流作用下含断层边坡稳定性进行数值模拟分析。对岩体强度的弹性模量、内聚力、内摩擦角和岩体抗拉强度等4种影响因素进行敏感性分析,通过分析这4种因素在不同工况下边坡的位移、应力、应变和安全系数,得出了各参数的敏感性分析曲线。从敏感性分析曲线可知,岩体的内聚力对边坡稳定性的影响最大,弹性模量对边坡稳定性的影响最小。开挖不同阶段边坡稳定性的主要影响因素存在差别,其中,前期以断层为主,后期则逐渐转化为渗流作用。该研究为今后露天矿边坡稳定性分析提供了科学依据,对于边坡稳定性分析具有重大的工程实际意义。

综采工作面垮落带注浆充填开采覆岩采动裂隙定量表征试验研究

为定量表征冒落区注浆充填对覆岩采动损伤程度的影响,以任家庄煤矿110903工作面为研究背景,开展垮落法开采和垮落带充填法开采物理相似模拟实验,运用分形理论研究两者覆岩裂隙演化特征,并对其覆岩运移规律进行对比分析。研究结果表明,垮落法开采后采动裂隙分形维数变化规律为迅速上升-缓慢下降-缓慢上升-急剧上升,注浆充填开采后变化规律呈迅速上升-迅速下降-缓慢下降-缓慢上升;将采动裂隙发育网络划分为离层裂隙区、离层压实区、垮落裂隙区、竖向破断裂隙区四个区域,对比垮落法开采和垮落带充填法开采,充填后采场覆岩裂隙不发育,离层压实区范围较小,发育高度仅为21.96 m;注浆充填开采后各关键层下沉量显著减小,关键层2最大下沉量出现在顶板初次破断处,垮落法开采后关键层2最大下沉量出现在采空区中部。垮落带注浆充填开采能有效改善覆岩裂隙损伤、控制覆岩裂隙发育、减缓覆岩下沉,该成果可以为任家庄煤矿充填开采控制地表沉降提供一定的理论依据。

湖南省普通建筑用石料矿产地质勘查技术要求研究

近年来,建筑用石料勘查规模大幅上升,采矿权投放迅速,对勘查工作提出新要求。过去普遍认为建筑用石料矿为低风险矿种,勘查工作程度无明确要求。2020年以前,勘查工作缺乏统一标准,存在地质工作薄弱、成果质量不均、圈矿原则和矿床评价标准不统一、原矿物性样品采集和测试不完整、综合利用评价不足等问题。本文剖析湖南省建筑用石料勘查现状,总结问题,提出勘查技术要求,为湖南省勘查实践和后续地方标准制定提供参考。

不规则采空区下特厚煤层综放面注浆扩散规律及加固技术

为了解决不规则采空区下特厚煤层综放强采动过程中矿压与围岩控制难题,以山西宁武榆树坡煤矿5106综放面为工程背景,通过现场监测的手段研究了不规则采空区下特厚煤层综放面矿压显现特征,并在此基础上采用数值模拟的方法分析了不同裂隙特征参数的浆液羽状扩散规律,揭示了三角锯齿形动态循环脉冲注浆增注机理,形成了三角锯齿形动态循环脉冲注浆加固技术,制定了围岩注浆加固技术实施方案,并进行了工程应用。研究结果表明:回采期间工作面支架阻力整体呈现出“两端小、中间大”的趋势,不同推进距离工作面方向支架工作阻力分布特征存在明显差异;注浆扩散形状受裂隙分布的影响,随裂隙数量的增加,注浆扩散形状从初始的圆形转变为裂隙引导的不规则羽状;实施脉冲注浆加固技术后,实测发现脉冲注浆扩散速率提升了约25%,综放面煤体裂隙被充分充填,围岩加固效果显著,实施效果良好。

基于机器视觉的岩块自动化识别检测方法

在隧道施工过程中,岩体参数的获取是实现隧道掘进机参数调整和智能决策的前提,因此,要对掘进过程中获得的岩块进行采样和检测,而岩块识别和检测目前主要由人工完成。本文针对岩块的自动化识别和检测问题,提出了一种基于机器视觉的岩块自动化识别检测方法,通过融合岩块区域检测和语义分割算法能够快速准确获取岩块的形心坐标和过形心最小直径。首先,使用YOLOv3网络对岩块进行识别,实现岩块的区域检测。其次,针对每个区域的岩块采用FCN-DenseNet网络进行语义分割和图像处理,并对全卷积神经网络进行改进,减少了语义分割模型的参数量,提高了语义分割效率,提升了岩块轮廓获取的精度和速度。最后,根据获得的岩块轮廓点,计算其形心坐标及过形心的最小直径,为机械臂抓取和岩块点荷载强度的计算提供支持。搭建实验平台,完成机械臂手眼标定和深度相机坐标下岩块图像与岩块点云对齐,获取岩块形心坐标在机械臂坐标下的位置。实验结果表明,本文所提算法能够快速准确地获取岩块的形位参数,对10次实验中的102块岩块识别检测成功率为91.18%,在所有完成识别检测岩块中的吸取成功率为92.47%,可以应用于岩体的自动化检测,提高岩体检测的效率和智能化水平。

岩石抗剪强度参数的围压效应与定量表征

根据岩石三轴强度和岩石抗剪强度的非线性特征,可知岩石抗剪强度参数在围压的影响下具有不确定性,通过分析可知该参数的围压效应特征为内聚力和内摩擦角与围压分别呈正相关和负相关。本文根据包络线与莫尔圆的几何关系,结合Mohr-Coulomb准则进行推导,探讨了考虑围压效应的岩石抗剪强度参数的表征方法。以岩石三轴试验数据为基本信息,开展基于精度评价的岩石强度准则优选,建立基于非线性准则的岩石抗剪强度参数表征模型,通过比较分析表征结果与试验结果,证明了提出表征方法的合理性及该方法获取岩石抗剪强度参数的可靠性。该方法可为后续的岩石抗剪强度参数边缘分布和参数间的联合分布研究提供大样本数据库。

顶板高位定向钻孔瓦斯抽采技术及工程实践

针对大孔径定向钻孔稳定性较差而影响瓦斯抽采效果的问题,本文以陕西省大佛寺煤矿40103工作面为工程背景,首先采用FLAC^(3D)模拟研究了不同孔径下钻孔围岩应力、位移及塑性变形情况,并开展了等效应力护孔效果分析;其次对不同直径及内支撑护孔管开展了轴向抗压实验;最后通过高位定向钻孔现场实践,进一步验证选配孔径和层位对钻孔抽采效果的影响。研究结果表明:对于四种不同孔径(100 mm、130 mm、160 mm、200 mm)的顶板钻孔,随着孔径的增大,钻孔稳定性随之降低,周边岩体逐渐失稳发生变形,现场宜选择Φ160 mm钻孔。在模拟施加等效应力护孔后,钻孔围岩应力集中得到缓解,周边岩体位移和塑性破坏区也随之减小;与普通护孔管(无内支撑)相比,内支撑结构护孔管的抗压性能显著提高,一字形和十字形效果较好,十字形护孔管抗压强度是普通护孔管的4倍;现场施工Φ160 mm顶板高位定向钻孔取得了较好的抽采效果,工作面从切眼推采至315 m期间,冒落带(13~15 m)第一层位、冒落带(23~25 m)第二层位、裂隙带(33~36 m)第三层位抽采瓦斯流量分别为1.46~4.21 m^(3)/min、1.58~5.32 m^(3)/min、1.53~6.02 m^(3)/min。

基于GSI的露天矿边坡岩体抗剪强度与原位测试抗剪强度对比研究

岩体抗剪强度参数的选取对边坡稳定性设计研究有着重大的影响,Hoek和Brown等提出基于地质强度指标GSI的Hoek-Brown强度准则并不断加以完善其理论,使其在工程中得到了广泛的应用,使Hoek-Brown强度准则成为国内研究露天矿边坡岩体的抗剪强度参数的主要方法之一。在实际工程中,基于GSI的Hoek-Brown强度准则岩体抗剪强度参数常常遭到咨询工程师的质疑,基于RMR及岩体钻孔波速确定的GSI值,两者具有良好的相关性,使用钻孔波速计算GSI更加便捷准确。通过基于GSI的Hoek-Brown强度准则计算岩体的抗剪参数与现场原位测试抗剪强度参数对比分析,探讨两者之间的差异,为岩体原位剪切试验提供指导。

不同强度坝基与坝体接触面力学特性试验研究

为研究不同强度坝基与坝体接触面的抗剪强度特性,结合芝瑞抽水蓄能电站,采用NHRI-4000型高性能大型接触面直剪试验仪,通过直剪试验,对比研究了不同强度基岩与坝体接触面的力学特性。结果表明,坝基与坝体软弱接触面的应力-应变关系大体仍符合Clough等提出的双曲线接触面模型;随着接触材料由较硬基岩到软岩,接触面剪应力与剪切位移曲线由典型的软化型转变为硬化型,且采用双曲线接触面模型整理得到的坝体与坝基接触面的力学指标发生了急剧衰减。作为坝基与坝体的接触部位,坝基为软弱基岩、尤其是软弱覆盖层时,相关接触面的力学特性值得重视及进一步研究。

极分散深部矿体开采对地表及建构筑物的影响分析

地下矿山大规模开采会对周围岩体造成扰动,会出现围岩的变形、开裂或者移动,逐渐对地表及其建构筑物造成威胁。以张家岭整合矿区深部大规模开采对地表及其建构筑物的稳定性影响为研究背景,通过辨识得到张家岭整合矿区影响范围内主要建构筑物的保护等级,进而分析影响地表变形的主要因素,结合实际工程地质条件,采用数值模拟方法,利用3Dmine-FLAC^(3D)联合建模分析方法,对张家岭整合矿区深部矿体一期及二期开采后的地表变形及地表构建筑物稳定性进行分析。结果表明:一期开采地表移动变形较小,随着二期开采的展开,地表最大竖直位移及最大水平位移逐步增大,其中地表最大沉降为10 mm;分析在深部开采结束后,G206国道、尾矿库、竖井、村落、诸河流的地表倾斜、地表曲率及地表水平变形值均满足相关规范要求,因此得出张家岭矿区地下开采对该区域的地表变形影响较弱的结论。

《煤矿安全现状评价实施细则》解析

《煤矿安全现状评价实施细则》对完善煤矿安全评价体系、防范遏制煤矿重特大事故、提高煤矿安全管理水平具有重要意义。为促进煤矿企业、安全评价机构和有关单位从业人员对《煤矿安全现状评价实施细则》的理解和掌握,更好地发挥《煤矿安全现状评价实施细则》的作用,首先介绍了《煤矿安全现状评价实施细则》制定的背景,重点阐述了《煤矿安全现状评价实施细则》的主要内容,包括适用范围、前期准备、收集资料和现场勘查、危险有害因素辨识与分析、评价单元划分、评价方法选择、定性定量评价、安全对策措施建议、安全评价结论和安全现状评价报告编制等;其次针对《煤矿安全现状评价实施细则》在执行过程中存在的疑惑,对评价报告编制单位、评价周期、评价人员、各单元具体评价内容、事故统计分析等进行了详细解析;最后从煤矿安全监管部门、煤矿企业和安全评价机构等3个层面出发,对《煤矿安全现状评价实施细则》宣贯、培训及应用工作等提出了建议。

共面闭合断续节理岩体的直剪强度研究

根据模型试验研究结果,深入分析了直剪条件下含共面闭合断续节理岩体的变形和破坏机理,并在此基础上建立了这类岩体的初裂强度和贯通破坏强度准则,将计算结果与实测值进行了对比分析,表明两者吻合较好,证明该强度准则是合理可靠的,具有理论和工程应用价值。

遥感-岩石力学(Ⅵ)——岩石摩擦滑移特征及其影响因素分析

以花岗闪长岩和辉长岩为例,结合遥感-岩石力学基础实验研究,研究了双轴加载条件下岩石摩擦滑移特征,重点对影响岩石摩擦滑移特征的5个重要因素,即正应力、岩性、摩擦表面粗糙度、含水性及摩擦速率进行了实验分析。研究表明:(1) 正应力越大,越容易出现粘滑,粘滑时应力降越大,且重复粘滑的间隔周期越长。(2) 相同边界条件下,辉长岩的粘滑性比花岗闪长岩强。(3) 摩擦表面粗糙度对岩石的粘滑性能有较大影响,重复摩擦会增加粘滑的不稳定性。(4) 含水后岩石摩擦面的摩擦强度会降低,但摩擦过程中水份随产热蒸发,其摩擦强度会逐渐恢复。(5) 低速率摩擦时岩石主要表现为粘滑,而高速率摩擦时则主要表现为稳滑。

遥感-岩石力学(IV)——岩石压剪破裂的热红外辐射规律及其地震前兆意义

完整岩体压剪破裂失稳是构造地震的另一种可能孕震机制。以此为模拟对象,采集中国首都圈地区的5种典型岩石,进行了岩石压剪破裂过程的红外辐射成像实验。研究发现:(1) 岩石压剪破裂过程存在热弹和摩擦热两种热-力耦合效应,且压剪作用越强,压剪破裂过程中红外辐射升温现象就越明显。(2) 压应变占优势时,岩石压剪破裂存在红外辐射异常破裂前兆。(3) 压剪破裂前兆有明显的“时空”特征,即:时间上,当载荷增加到约80%破坏应力时,沿剪切区域的平均红外辐射温度开始出现加速升温前兆,且压剪比越高,出现前兆的时间越早;空间上,破裂前沿剪切区域出现的高温异常条带具有前沿推进即“由一端向另一端迁移、扩展”的特点。本研究结果对地震、岩爆、矿爆、边坡滑移等自然与岩石工程灾害的遥感与预报具有重要的基础意义。

工程岩体抗剪强度确定综合方法——GMEM研究

工程岩体的强度由于受到岩性、节理、地下水、温度场等的影响导致其强度的确定成为岩石力学界的一个重大难题。工程岩体具有地质、力学和工程 3 大特色,其强度的确定也应综合考虑这 3 种因素。在此基础上,提出利用经验类比、岩体质量评分体系和连通率的方法结合宏观地质条件判断结果综合确定工程岩体强度的方法——GMEM(geology,mechanics and engineering method)。运用该方法在向家坝等许多工程中得到很好的应用。

基于随机–模糊理论的岩石抗剪强度参数的确定

在考虑岩石力学参数随机性和模糊性的基础上,改进了计算岩石抗剪强度参数的随机–模糊一元线性回归方法,导出了回归系数的不确定度、变异系数及回归方程的相关系数的表达式。同时以某矿岩石的三轴压缩试验资料为基础,讨论了岩石抗剪强度参数c,j 值的确定方法。通过与最小二乘法的计算结果对比可见,随机–模糊一元线性回归方法得出的回归方程与试验点的整体符合程度较最小二乘法要好,说明采用该方法得出的力学参数能够更好地反映岩石固有的力学特性。

遗传规划方法在孔内剪切数据分析中的应用

孔内剪切试验可以直观的获取岩土体的抗剪强度指标,但其数据的适用性有待进一步分析、验证。针对孔内剪切试验与室内试验数据的偏差问题,引入遗传规划方法,根据孔内剪切试验的原理及测试过程,确定了造成二者数据偏差的影响因素;建立了消除数据偏差的遗传规划模型,探讨了现场实测数据与室内试验所得抗剪强度指标之间的复杂非线性关系,并进行了孔内剪切试验抗剪强度指标模型估值。结果表明:模型建立选用的影响因素是造成孔内剪切试验与室内试验数据偏差的主要因素;通过遗传规划模型进行估算的抗剪强度值较为准确,与室内试验数据误差值在±5%之内;建立的遗传规划模型可以很好地消除孔内剪切试验与室内试验的数据偏差问题,为孔内剪切数据分析提供了一条新的途径。

大理岩等围压三轴压缩全过程研究Ⅱ:剪切断裂能分析

通过对等围压三轴压缩和峰前峰后卸围压过程岩石试样的不同破裂形态和宏观破坏角的对比分析,结合大理岩应力-应变全过程中的分叉行为,提出剪切断裂能的计算方法,分析了剪切断裂能的发展过程,揭示了峰前卸围压破裂强烈的原因。

基于Hoek建议的非线性关系求取岩体抗剪强度的算法及工程应用

阐述了Hoek建议的非线性关系原理,以此提出了求取岩体抗剪强度的算法:考虑了岩体抗剪破坏时总体或平均水平,通过计算出不同正应力?下对应的剪应力?,线性回归确定一定应力范围内线性化后的c、?值,解决了Hoek-Brown准则拟合算法不能求解一定正应力?条件下岩土的抗剪强度的问题。在对中缅油气管道(国内段)澜沧江跨域工程边坡岩体应用以及进一步对比研究,结果表明:采用文中算法给出的第1种确定正应力?的方法所得的c、?值与Hoek-Brown准则拟合算法所得的结果相差不大,究其原因是两种算法考虑的因素不太一样,导致围压3?或正应力?大小有所差别;在实际工程正应力?较低的情况下,应采用文中算法给出的第2种确定正应力?的方法来获取的c、?值,这样所得的结果才与实际情况比较接近,克服了Hoek-Brown准则拟合算法对围压3?依赖的问题。

节理岩体抗剪强度参数的实验分析

对红层软岩的大量实验表明,剪切与三轴压缩实验测得的抗剪强度参数值不一致,而且内摩擦角从完整岩石剪切实验、三轴压缩实验到结构面剪切实验呈现出由大到小的规律.基于上述实验结果,分别从岩石强度理论和实验方法的角度分析了3种实验所得参数不一致的原因,导出了三轴压缩实验得到的岩体抗剪强度参数与结构面抗剪强度参数之间的关系式,并提出了岩体抗剪强度参数的选取原则.