基于人工声学信号的岩体状态和动力现象监测系统САКСМ应用

随着矿井开采深度的增加,围岩的应力应变状态在动力现象危险带的形成中起着决定性作用。为了实现工作面附近岩体应力应变状态的连续自动化预测,基于动力现象危险性形成的顶板变形延迟理论和人工声学信号的弹性共振频谱特性,根据动力现象危险性人工声学预测在俄罗斯多年的研究试验成果和安全法规的最新要求,研制了岩体状态声学监测和动力现象预测自动化系统САКСМ,并在生产矿井进行了试验应用。系统运行结果表明:在顶板岩层的不同变形阶段,工作面附近岩体的应力应变状态不同,对应的人工声学信号的频谱特性不同,根据人工声学信号的共振频率、振幅及其动态,可以评价顶板岩层中软化接触面的发育位置及其弱化程度,分析工作面附近岩体变形状态和动力现象危险性;相对应力系数监测工作面附近岩体状态,反映了变形延迟和潜能积聚水平,代表了动力现象危险性严重程度,在工作面附近相对应力系数显著增大,最大值超过背景值的2倍以上,能够可靠预测出工作面前方的矿山压力升高带;当工作面距离地质破坏7 m以远时,地质破坏系数显著增大超过其临界值,达到背景值的3倍以上,能够可靠预测出工作面前方的地质破坏;相对应力系数与回风流瓦斯体积分数成线性反比关系,回风流瓦斯体积分数随着相对应力系数的增大而减小,随着相对应力系数的减小而增大,工作面附近岩体的应力状态对瓦斯涌出起着控制作用。

长期渗水所致水位升高对露天矿边坡岩体状态的影响研究

为研究渗水导致露天矿坑内水位升高过程中,边坡岩体状态的变化特征,通过设置模拟场景并分析结果来确定岩体状态变化及其原因。分析了水位升高对边坡岩体可能造成的影响。根据矿区实际情况设置水位由-380 m升至20 m的9个均分模拟阶段,获得了每个阶段平衡时的岩体塑性区、位移和主应力情况,进而分析水位升高过程中的岩体状态变化。结果表明:水位升高对边坡岩体的塑性区影响最大,位移其次,主应力影响很小;水位上升使大高差边坡坡面的拉塑性区和位移增加;浸没岩体滑坡是下部滑坡体拖拽造成的;小高差边坡岩体水位升高过程中塑性区变化复杂,但对主应力的影响很小。研究可为露天矿长期渗水导致水位升高带来的灾害提供分析对照。

选择挪威法还是新奥法取决于岩体状态

在讨论了钢纤维喷混凝土的特点以后，注重从岩体状态对挪威法及新奥法的应用进行了比较，说明了目前挪威法与新奥法的结合应用情况及用监控量测的挪威法的实例，另外还注重说明了挪法中的新的Ｑ系统统计图及决策Ｑ值的六个参数取值的条件。

矿区岩体应力状态对瓦斯突出区域分布的影响

基于地质动力区划方法,建立区域地质构造模型,以岩性分布和地应力测量为边界力学条件,确定了矿区区域岩体应力分布规律:矿区区域岩体应力状态主要受断裂构造的控制,断裂构造的叠加扰动使原岩应力场重新分布。鹤壁六矿岩体应力状态对煤与瓦斯突出区域分布的影响分析,结果表明:构造应力场对煤与瓦斯突出起控制作用,构造应力区的分布决定了煤与瓦斯突出的区域性分布。这为矿井煤与瓦斯突出区域预测、局部检测和解危提供了理论参考。

岩体应力状态分析系统在红阳三矿的应用

有限元、边界元、离散元等各种数值分析方法的不断发展,使得岩体应力的定量计算、分析成为可能。开发岩体应力状态分析软件是地质动力区划课题研究工作的重要内容之一。区域岩体应力计算是原始应力计算,它是以区域构造形式为格架,以地应力测量为边界条件,对于大范围的计算来讲,采矿工程的影响可略去,计算目的是确定区域内的应力集中区、应力梯度区和应力降低区,是进行矿井动力现象区域预测的重要基础工作之一[1]。

工程岩体力学参数状态相关性初步分析及应用

基于岩体与工程相互作用和影响构建了工程岩体系统,提出了工程岩体状态分类:岩体结构状态、地质环境状态、工程作用状态。以状态描述了工程岩体的天然产出、赋存地质环境和工程作用,分析了状态因子对工程岩体系统力学性质的影响,论证了岩体力学参数的状态相关性;结合岩体工程设计与实践,给出了工程岩体状态分类,研究了工程岩体状态因素的表述和度量方法。在此基础上,提出了考虑状态相关性的工程岩体力学参数取值的一般思路,为工程岩体力学参数取值这一关键技术问题开辟新的研究途径。

评估岩体应力状态防治冲击地压

基于地质动力区划方法,确定区域内的活动断裂,划分岩体断块结构,结合原地应力测量和数值计算方法来评估区域岩体的原岩应力,从而确定研究区域的冲击危险区;然后通过次生应力测量及数值模拟等手段,确定采场及巷道周围次生应力的分布情况。根据对研究区域冲击发生的条件的研究,确定可能发生冲击的采掘布置方式及地点,从而为有针对性地采取防治措施提供依据。

济三煤矿岩体应力状态对冲击地压影响

为明确煤岩体应力状态与济三煤矿冲击地压之间的关系,结合济三煤矿的实际工程背景,利用地质动力区划的方法划分地质构造区域,建立了岩体应力计算模型,分析了岩体应力状态对冲击地压的影响.结果表明:冲击地压容易发生在高应力区和应力梯度区,尤其是应力梯度大的区域;同时也受Ⅳ-2、Ⅴ-5等活动断裂的影响.研究成果为冲击地压的防治提供了依据.

山西大同同忻井田岩体应力状态分析及其应用

为了分析同忻井田岩体应力空间分布特征及其与矿压显现的关系,利用地质动力区划方法对井田范围内的活动断裂进行识别和划分,以所划分的活动断块为构架,通过岩体应力状态分析系统计算确定了井田岩体应力状态,划定了高应力区、低应力区和高应力梯度区。结合矿压观测数据分析了矿压显现与岩体应力状态之间的关系,确定同忻井田矿压显现主要受到由活动断裂产生的高应力控制。研究结果可为同忻井田矿压显现预测及其控制提供指导。

基于应力多边形与震源机制解的深部岩体应力状态预测方法初探

深部岩体应力量值确定一直是区域地应力场研究中的热点和难点问题,常用的深部岩体应力量值预测方法多以拟合经验公式外推确定为主,缺乏理论依据且可靠性低。研究工作基于应力多边形理论,结合侧压力系数K与震源机制解应力形因子R,在大范围应力预测结果基础之上,对深部应力量值进行了精细限定。以河北易县紫荆关地区的原地应力测量为参考,结合震源机制解资料,估算获得6、11、19km深度处最大侧压力系数Kmax分别为1.07±0.07、1.14±0.14、1.09±0.09,最小侧压力系数Kmin分别为0.85±0.15、0.88±0.12、0.86±0.14,并以此计算最大、最小水平主应力,结果的相对偏差在6%~17%之间;利用震源机制解和水压致裂法联合确定的研究区最大水平主应力方向为N44.4°E。研究提出并建立的联合震源机制参数R和应力多边形限定深部应力状态为深部岩体应力状态估算提供了新的途径。

红一煤矿井田岩体应力分析及对首采工作面矿压显现影响

为了分析红一煤矿4煤层岩体应力空间分布特征及其与矿压显现的关系,利用地质动力区划方法对井田范围内的活动断裂进行识别和划分,以所划分的活动断块为构架,通过岩体应力状态分析系统计算确定了井田岩体应力状态,划定了不同的4个应力分区,并且明确了不同应力分区的微震及对矿压显现的影响。根据现场采集的各类矿压监测数据,与岩体应力分析结果进行对比分析,确定了矿压显现与岩体应力的耦合关系,确定井田矿压显现主要受到由活动断裂产生的高应力控制。研究结果可为红一煤矿矿压显现预测及其控制提供指导。

从力矩效应和地下水分析缓倾角结构面成因

在岩石剪切破坏中引入力矩模型并就剪切破坏过程进行了分析。在发生剪切破坏时岩石的破坏带有一定宽度,剪切带上的剪应力和支持力不是均匀分布的,在剪切过程中存在一个调整过程,并在局部集中,导致了剪切力矩的存在。当轴向压力σ1较小时,支持力和剪切力都很小,可视为均匀分布;随着σ1的增大,支持力和剪切力都增大,出现非均匀分布,局部表现为应力集中,出现局部破坏,而在整体上表现为力矩平衡。当剪切力矩大于支持力矩时,宏观上剪切破坏出现;分析研究了地下水引起的接触面积的变化,由此并推导了静水压力情况下结构面的稳定性。随着水压力p的增大,除了对岩体材料力学性质的弱化外,结构面上有效压力σn和结构面上、下岩体的接触面积率λ变小,使得发生失稳破坏的临界角θ降低,也就是发生滑动的条件更容易满足。

红庆梁煤矿地应力场特征及巷道稳定性分析

针对红庆梁煤矿回采巷道变形严重问题,采用空心包体地应力测量方法对红庆梁煤矿3-1煤的地应力进行了实测,获得地应力场分布特征。应用地质动力区划法划分红庆梁井田Ⅰ—Ⅴ级断裂构造,应用“岩体应力状态分析系统”,进行应力区划分和巷道稳定性分析。研究表明:红庆梁煤矿地应力场属于以水平压应力为主导的水平构造应力场,地应力场方向对巷道稳定性影响较小;井田范围内共划分4个应力区:低应力区、正常应力区、应力梯度区、高应力区,分别占井田面积的5.9%、55.7%、27.0%、11.4%;应力大小是影响巷道稳定性的主要原因,致使处于应力梯度区和高应力区内的巷道变形严重。地应力场的分布特征分析和应力区的划分对红庆梁煤矿及类似条件矿井的采掘部署和支护设计具有重要作用。

声发射技术在采场冒顶中的应用研究

本文主要介绍了岩体声发射技术在小铁山矿的应用与实践。通过现场研究得出岩体从稳定至破坏状态与声发射之间的关系 ,从而为采场冒顶片帮预报提供了理论依据。

采动岩体变形和碎裂的计算方法

文内提出了计算采动岩体的变形和碎裂的一种方法。该方法是以开采前岩体状态的计算方程式矩阵为基础的。变形带内的弹性常数是在利用线性韧弹性比值的条件下用初始应力方法计算求出的。

工作面煤与瓦斯突出危险性判别与防治措施效果评估

为了判别平顶山矿区八矿煤与瓦斯突出发生危险性,分析防治措施效果。以己_(15)-15060工作面为研究对象,综合运用瓦斯地质分析、地质动力区划和岩体应力状态分析等方法,对自然地质条件下工作面煤与瓦斯突出发生危险性进行了判别;采用FLAC^(3D)模拟方法分析了掘进和开采活动对突出危险性的影响;采用COMSOL Multiphysics模拟方法对瓦斯抽采等防突措施效果进行了评估。研究结果表明:己_(15)-15060工作面埋深较大,工作面大部分处于应力升高区和应力梯度区范围内,岩体应力较高;受到Ⅲ-3和Ⅴ-10等区划断裂的控制作用,在自然地质条件下具有煤与瓦斯突出发生危险。采掘活动进一步增大了突出发生危险。采取了瓦斯抽采等措施后,工作面煤层中瓦斯压力降低至0.12~0.38 MPa,瓦斯含量降低至2.1~4.2 m^(3)/t,达到了预期效果。表明瓦斯地质图、地质动力区划等预测结果对煤与瓦斯突出等动力灾害的防治工作具有很好的指导作用,八矿建立健全的煤与瓦斯突出防治技术体系,有效遏制了煤与瓦斯突出等矿井动力灾害的发生,对矿井的安全生产起到了重要作用。

智能声波监测设备在生产中的应用与研究

岩石的破坏伴随着声发射,通过声发射可以反映岩石的受力状态以及岩石的结构,通过声发射Kaiser效应可以测量地层中的应力,研究岩石的性质。利用声发射仪器对岩石的破坏过程进行监测,收集有用的信息,从而应用于矿山采场顶板安全分级、冒顶预报与地压的综合分析,以及岩体工程稳定性分析和声发射测试等方面。红透山铜矿通过对DYF-2型智能声波监测多用仪在生产实际中的使用,取得了一定的成绩。

Mesoscopic analysis of the utilization of hardening model for a description of softening behavior based on disturbed state concept theory

Mesoscopic characteristics of a clayey soil specimen subjected to macroscopic loading are examined using a medi- cal-use computerized tomography (CT) instrument. Disturbed state concept (DSC) theory is based on the utilization of the hard- ening model. DSC indirectly describes material behavior by claiming that the actual response of the material is expressed in terms of the relative intact (RI) response and the fully adjusted (FA) response. The occurrence of mesoscopic structural changes of material has similarities with the occurrence of a macroscopic response of the material under loadings. In general, the relative changing value of a softening material is three to five times more than that of a hardening material. Whether special zones exist or not in a specimen cross section does not affect the following conclusion: hardening material and softening material show me- chanical differences with CT statistical indices values prominently changing, and the change is related to the superposing of a disturbance factor. A new disturbance factor evolution function is proposed. Thus, mesoscopic statistical indices are introduced to describe macroscopic behavior through the new evolution function. An application of the new evolution function proves the effectiveness of the amalgamation of a macroscopic and a mesoscopic experimental phenomenon measurement methods.