软弱破碎带巷道开挖围岩破裂演化规律及支护技术研究

软弱破碎带是矿山井巷工程中一种典型的地质构造,对巷道开挖施工及长期稳定性具有重要影响。针对穿过软弱破碎带的矿山平巷,软弱破碎带的倾角是巷道能否保持稳定的关键影响因素。以某矿山平巷工程为背景,采用岩石真实破裂过程分析软件RFPA,对不同倾角软弱破碎带下平巷动态开挖过程中围岩破裂演化进行数值模拟,研究不同倾角软弱破碎带对巷道稳定性的影响。研究结果表明:软弱破碎带对工程围岩破裂演化方式具有显著作用;不同倾角的软弱破碎带对工程围岩稳定性的影响程度不同;随着软弱破碎带倾角的减小,井巷工程围岩稳定性逐渐降低。并根据软弱破碎带区段的地质条件,提出对应的支护措施,以实现安全高效开挖的目的。

基于高精度微震监测的煤岩破裂与应力分布特征研究

采用"最佳D值"设计准则对微震台网最佳布设方案进行了理论研究,得出最优台站布置点即为以震源位置为中心的正n边形的顶点;提出了微震台网布设一般性的原则和P波波速测定方法。采用ARAMIS M/E微震监测系统,对千秋煤矿21141工作面围岩破坏和应力分布特征进行了研究,据此划分了冲击地压的3个高危险区域;指出21141工作面开采已经引起了巨厚砾岩的运动,开采过程中容易诱发底板型冲击地压,应采用放炮断底的解危措施;提出21141工作面密闭墙与终采线间距应大于50 m,区段煤柱应小于5 m。

断续节理岩体中围岩破裂区的试验研究

为了研究断续节理对围岩破裂区形成与扩展以及破裂区大小的影响,采用真三轴巷道平面应变模型试验台,运用数字照相进行变形量测的方法,研究分析了断续节理岩体中裂纹的产生、扩展与贯通机理及其围岩的破坏失稳行为.结果表明:在断续节理岩体中,围岩破裂区是由于新生裂纹与原有节理相互贯通,导致岩体中产生纵横交错的贯通裂隙所致;在断续节理的影响下,巷道围岩破裂区并不是均匀发展,而是首先产生于顶板节理附近,然后向巷道周边其它相邻部位发展;最终的破裂区厚度在平行于节理方向最大,而在垂直于节理方向的厚度最小.

煤层围岩破裂过程中的自然电位响应

煤层开采过程中,围岩破裂伴有电子逃逸现象,引起自然电场的变化。通过建立数值模型与设计岩层开采模拟实验,发现岩层裂隙发育部位自然电位降低,且裂隙发育越完全电位越低;岩层压缩区自然电位升高。煤矿开采过程实际监测发现:在煤层顶板"三带"中,垮落带自然电位低,且变化比较稳定;断裂带自然电位表现较为不稳定,变化频繁;弯曲下沉带表现为高电位,且极为稳定,变化较小。

巷道围岩破裂范围与位移的新研究

考虑了岩石破裂后强度衰减（应变软化）和体积膨胀的重要特性，导出了巷道围岩破裂区半径、塑性区半径和周边位移的解析计算公式。研究表明，应变软化程度对围岩破裂范围有直接影响，进而影响巷道收敛；破裂膨胀性对围岩破裂范围影响不大，但对巷道收敛影响显著；围岩处于破裂状态时，巷道收敛主要是由处于残余强度状态的破裂区围岩的碎胀变形引起的。

深井底板岩巷的围岩破裂范围

在大型平面应变试验台上对受采动影响的深井底板岩石巷道围岩破裂范围进行了模拟试验研究，获得了破裂带厚度与巷道距煤层底板距离的关系。

受载煤岩破裂电荷传感器系统设计

岩体变形破裂过程的电荷感应规律可对煤岩动力灾害进行预测预报。针对井下环境复杂,电磁干扰严重,利用高性能双运放AD823芯片研制了一种新型煤岩破裂电荷传感器,采用压电陶瓷片制作前端感应探头。对PCB板进行合理布局,采取半敷铜方式,通过集成优化硬件电路,增强电路去噪抗干扰能力。测试电荷传感器放大倍数有21.97倍,输入噪声小于2.3 ke V。实验结果显示:电荷传感器线性度好,抗干扰能力更强,可以准确测试煤岩体受载破裂变形时所产生的电荷感应信号,具有良好的应用前景。

基于微地震监测的大水量矿区厚煤层围岩破裂特征

赵固一矿涌水量大,顶底板较软,上覆岩层运动规律不明。通过对该矿12011工作面的微地震监测,得出顶底板破裂范围,以及煤层的支承压力分布情况,并为防治顶底板突水提供了科学的依据。

水平层状软弱围岩破裂碎胀大变形机制有限元-离散元耦合数值模拟研究

在层状岩体中掘进隧洞后,围岩破裂碎胀大变形机制与各向同性围岩存在很大差异。对于无支护隧洞而言,其破裂模式可归结为复合破裂、V型凹槽破裂和层间剥落,不同破裂模式受控于岩体自身物理力学特性、地应力和隧洞断面形状等因素。采用有限元-离散元法(finite-discrete element method,简称FDEM)耦合数值模拟研究了水平层状围岩破裂碎胀大变形机制,并研究了岩体强度参数(如黏聚力、内摩擦系数和抗拉强度)、变形参数(如弹性模量)、地应力和隧洞跨度对水平层状围岩破裂模式的影响。研究结果表明,复合破裂为层状岩体基本破裂模式,其机制为水平集中应力产生的共轭剪切裂隙F3在隧洞中心线附近不断向围岩深处扩展,同时产生平行于层理面的剪切滑移裂隙F1,由此产生中央破碎、两端相对完整的板块岩块;左右两侧板状岩块相互挤压向隧洞内翻转运动产生垂直层理面的拉伸裂隙F2。随着岩体强度的升高、侧压系数的增大或隧洞跨度的减小,F1裂隙消失、F2裂隙与层理面斜交,从而产生V型凹槽破裂。当岩体强度进一步升高或侧压系数进一步增大时,F3裂隙在层理面交界处受阻,进而产生了层间剥落破裂。

褶曲构造对煤巷围岩破裂范围及动压影响分析

以褶曲地质构造力学机理及其对煤巷围岩破裂范围和动压的影响为研究重点,采用矿山压力理论、现场原位试验和数值模拟等方法对窑街天祝煤矿3200工作面运输巷进行褶曲构造的力学分析,结合现场煤巷围岩破裂范围的声学测试结果,利用FLAC3D软件对采场褶曲地质构造三维矿压分布以及动力扰动下巷道围岩力学响应进行了数值模拟。研究表明:褶曲不同部位对应不同的应力状态,其中向斜部位构造应力最大,也最容易发生动压灾害,褶曲翼部构造应力次之,背斜部位最小;向斜部位对应煤巷松动范围最大,过渡段次之,背斜部位最小;煤巷向斜区段煤壁前方支承压力更为集中,顶板沉降位移最大且同等程度动力扰动下该位置巷道变形及塑性破坏范围最大,发生冒顶、动压灾害的可能性也最大。

矸石充填采煤工作面覆岩破裂特征及演化规律分析

为研究充填开采条件下覆岩破坏变形规律,通过现场监测的方法,在某矿F5001充填工作面不同位置布置覆岩观测钻孔,借助钻孔成像判定覆岩破坏情况,分析了充填开采覆岩破裂特征和运动演化过程。结果表明:覆岩进入离层扩展阶段后具有裂隙向破裂带,破裂带向离层转化的趋势,最快24 h内可出现3处新生破裂带;离层一般出现在不同岩性的岩层分界处,裂隙多出现在较厚岩层内部;T_3150泄水巷上方覆岩共出现3处离层、8处明显破裂带,裂隙数目较多,顶板上方最大破裂高度约14.2 m,最大离层高度约11.3 m。

开挖中的围岩破裂性质与支护对象研究

为了保证地下工程的稳定和安全,研究地下工程的围岩状态和支护对象很有意义.在现场实测、物理和数值模拟的基础上,提出深埋地下工程的围岩中普遍存在破裂状态,并认为这一破裂状态区域具有许多特殊的性质和规律,是一个反映地应力和岩体强度对地下工程稳定性作用的综合指标.破裂区发展产生的碎胀变形或碎胀力是地下工程支护的对象或载荷来源.

基于声发射和高斯混合模型的灰岩破裂特征识别研究

通过单轴压缩条件下灰岩破裂过程的声发射试验研究,利用高斯混合模型(GMM)对加载过程声发射信号波形特征进行深入分析,探索性识别灰岩破裂失稳过程的裂纹模式及其前兆特征。分析结果表明,灰岩在单轴加载过程中先后主要存在张拉和剪切两种破裂模式。其中,张拉破裂的声发射信号波形特征在AF-RA坐标空间呈现低A F值、高R A值分布;剪切破裂的声发射信号波形特征在AF-RA坐标空间呈现低R A值、高A F值,且随着应力的增加分布中心向A F轴靠拢。GMM分析结果揭示了灰岩在整个应力加载过程中以张拉裂纹为主,在加载前中期几乎全为张拉裂纹,临近破坏阶段过渡到剪切破坏为主。剪切裂纹所占比例的最大值出现在(0.8~0.9)σc阶段,也是AF-RA坐标轴分布呈现最大A F值时。研究结果可为预测早期灰岩破裂失稳提供参考,同时为深入研究识别岩石破裂失稳前兆信号特征提供了一种分析方法。

采动条件下围岩破裂区域的微震监测研究

为了解回采过程中岩体的破裂情况、主要破裂区域的分布情况,利用微震监测系统对现场的岩石破裂事件进行实测,通过对破裂事件统计分析,将应力释放的时间和应力积聚的时间分为平稳期、活跃期、平静期和二次活跃期4个阶段,反映了能量积聚→能量释放→能量二次积聚→能量转移释放的动态循环过程。微震监测系统的应用明确了现场施工中安全工作需要重点关注的区域,为现场围岩维护提供了有效的依据。

综采工作面回采巷道围岩破裂变形规律实测研究

为了研究综采工作面回采巷道围岩变形规律,为回采巷道的保护提供合理依据,以东欢坨矿2088_下工作面为工程背景,运用现场实测方法,通过钻孔电视探测分析2088_下回风巷道围岩破裂情况及对巷道进行位移监测并分析变形规律。结果表明:巷道顶板下位岩层中均存在较为严重的破裂区,破裂区范围约为2.0 m左右,2088_下工作面所在的8~#煤层巷道围岩属于中松动圈和大松动圈范围;未受采动影响区域内顶底板、两帮最大移近量仅为84、34 mm;超前影响范围约为90 m,顶底板、两帮最大移近量达到了1 280、1 869 mm,由此可见,在工作面回采扰动作用下巷道变形情况较为严重;回采工作面推进距离从测点前80 m至0 m过程中,顶底板、两帮移近量分别增大至243、206 mm,移近速度分别增大至19.1 mm/d和14.7 mm/d,均产生明显增长,说明回采工作面距测点越近,巷道受采动影响越大;在对回采巷道进行保护时,要求巷道支架支护必须考虑能够有效支护该范围内岩层重量以及上覆岩层作用力。

基于声谱图特征的硬岩破裂类型识别方法

为揭示岩石破裂机理,提出了一种通过岩石破裂声音声谱图特征辨识岩石拉/剪破裂类型的方法。从巴西圆盘劈裂试验和直剪试验中分别收集具有代表性的张拉破裂和剪切破裂的声音信号,将声音信号绘制成声谱图,采用局部二值特征指标和颜色矩指标作为声谱图特征指标,进而建立了基于高斯过程分类的拉/剪声谱图自动识别方法。将该方法应用于双轴压缩试验中花岗岩拉/剪破裂过程识别,验证表明此方法具有较好的准确性和经济实用性。

大倾角煤层巷道围岩破裂结构特征探测

有效进行巷道围岩控制的一个重要前提是要明确支护对象,准确、定量地评价巷道围岩工程地质条件和围岩地质结构特征。为此,本文以山西吕梁庞庞塔煤矿大倾角煤层巷道工程地质条件为背景,提出了采用钻孔窥视仪对巷道围岩结构进行全断面探测,实现了巷道围岩结构与破裂范围的精确空间定位。本文的研究为进行大倾角煤层巷道支护形式与支护参数的选择提供了可靠的工程地质依据。

“锦屏一级地下厂房洞室群围岩破裂扩展机理与长期稳定控制关键技术”科技项目成果通过鉴定

2017年4月6日，“锦屏一级地下厂房洞室群围岩破裂扩展机理与长期稳定控制关键技术”科技项目成果通过中国岩石力学与工程学会组织的鉴定。经钱七虎、王思敬、陈祖煜等国内7名权威专家鉴定认为：研究成果在高地应力大型地下洞室群围岩长期稳定性控制技术领域达到国际领先水平，社会经济效益显著，促进了行业技术进步，具有广泛的市场推广应用前景。锦屏一级水电站地下厂房洞室群规模大，地质条件复杂，地应力水平高，围岩强度应力比低，卸荷松弛强烈，破坏范围与变形量值大，变形历时长，是行业内公认的围岩稳定控制难度最大的大型地下厂房洞室群工程。

煤矿开采覆岩破裂被动源三维地震观测系统设计分析

在煤矿开采过程中,地震事故不仅会影响煤炭的开采速度,还会对人们的生命财产造成极为严重的威胁。本文主要以某矿区为例,介绍了煤矿开采覆岩破裂被动源三维地震观测系统的意义与方法,对煤矿开采中的地震问题进行监测,尽可能地保证环境与人员的安全,以期为相关行业人员提供参考。

采动环境下巷道围岩破裂演化规律及其控制技术研究

文章对采动环境中巷道围岩在经过多次维修之后,仍然不能够满足其正常使用的情况进行分析。并以煤矿采区为实例,建立起了一套底板采动影响范围内某点在受力之后所发生的一系列状态演化模型,从而得出了当采动区巷道处在非等压受力状态时,根据其建立其等压状态下的受力模型,并针对采动巷道的特点来制定出一套一螺纹钢注浆锚杆为主要支护措施的加固方案。