地应力影响下钠长岩-片岩物理力学特征随赋存深度变化规律研究

以西南地区凉山州拉拉铜矿的钠长岩-片岩物理力学特征为研究对象,研究物理力学特征随赋存深度变化规律,在标高+1 890~1 760 m共开展54个点的工程地质调查工作,标高+1 880~1 760 m 10次地应力测试,并在标高+1 984~1 760 m进行钠长岩、片岩的岩块取样,完成岩样的物理性质、单轴抗压强度、单轴压缩变形试验,获取各标高岩样的密度、孔隙率、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比及岩体的节理间距、地应力测试数据。结果表明:该矿山钠长岩和片岩的单轴抗压强度、弹性模量、密度及泊松比均随赋存深度增加而增加,孔隙率及节理间距随赋存深度增加而减小。随着岩石的赋存深度增加,地应力值随之增加,直接改变了岩石的应力环境,岩体节理间距的变化同时反映了应力环境的改变。这也引起岩石孔隙率、密度的改变,进而组成岩石的矿物颗粒受到挤压,导致岩石的结构逐渐致密,岩石力学强度特性提高。

神东矿区不同赋存深度沉积岩抗拉强度与断裂韧度研究

为研究神东矿区不同赋存深度沉积岩抗拉及断裂性能,利用声发射监测系统对神东矿区不同赋存深度沉积岩样品巴西劈裂加载过程中的声发射参数进行监测,探讨了岩样抗拉强度、I型断裂韧度及两者比值k随赋存深度的变化规律;分析了劈裂破坏过程中损伤演化、破坏特征及前兆信息。结果表明:抗拉强度和断裂韧度随赋存深度增加而增大,且二者均与赋存深度呈幂函数关系,埋深-300m以浅岩样的抗拉强度和断裂韧度分别在0.5MPa和0.15MPa m1/2以下,而-300m以深岩样则分别在1.0MPa和0.15MPa m1/2以上;岩样抗拉强度与断裂韧度的比值k也随赋存深度的增加而增大,且与赋存深度呈对数函数关系,即埋深-300m以浅岩样k值为2~3,-400m左右k值为3~6,-500m以下k值相对离散。同时,神东矿区不同赋存深度岩样破坏为张-剪混合型,张拉破坏贯穿整个破坏过程,但剪切破坏发生时间不同,即-300 m以浅岩样剪切破坏发生在峰后阶段,而-300 m以深岩样剪切破坏发生在峰前阶段;不同赋存深度岩样在峰值强度前均会出现破坏前兆点,-300m以浅岩样(除中粗砂岩外)基本在应力峰值的70%~90%,而-300m以深多在应力峰值的92%以上;可以看出沉积岩失稳预警时间随赋存深度增加而减少,且随深度增加其失稳破坏更加迅速且剧烈。

不同赋存深度煤的物性特征

浅部矿产资源日益枯竭,深部地下开采将成为常态。因此,对不同赋存深度,尤其是超千米深煤岩开展系统研究具有重要的工程意义。现有研究大多通过改变围压、温度等条件来模拟岩体所处的外在环境,并未采用真实赋存深度样品开展研究,同时忽略了原位岩体初始结构、物质组成和性质的差异。对取自平顶山矿区已组煤层300,600,700,850和1 050 m五个不同深度的煤岩开展系统试验,研究不同赋存深度煤岩成分、细观结构、瓦斯吸附及声学特性。测试结果表明:随着赋存深度增加,煤的组成和结构发生改变,变质程度增大,结构更为致密,瓦斯吸附能力增强,超声波在其内传播发生散射和折射的几率减少,损耗能量降低,纵波波速增大。该成果可为后续开展不同赋存深度煤岩宏观力学特性相关研究提供借鉴。

不同赋存深度新疆天湖花岗岩的动态拉伸力学特性研究

基于SHPB装置,进行了高放废物地质处置新疆预选区天湖地段花岗岩的动态拉伸力学特性试验,试验所用岩芯均取自于同一钻孔的不同深度处(深度范围为350 m^580 m)。测试结果显示:该花岗岩在加载率处于105 MPa/s这一中高等加载率下,其动态拉伸强度一般在15 MPa^35 MPa。并且随着加载率的提高,无论哪一赋存深度的花岗岩样品,其动态拉伸强度均随之增大,这说明了花岗岩的率相关加载效应特性。此外,对该花岗岩冲击破坏后的形态进行了观测,发现其加载破坏模式呈现拉伸破坏,与静态拉伸加载下的劈裂破坏特征基本一致。进一步分析试验数据,认识到花岗岩样品其动态拉伸强度之所以随着深度会产生增大或者减小的现象,是因为深部岩石其自身的物理特性已经发生了变化,从而造成了岩石力学特性随之发生改变。其密度、孔隙度等均不相同,正是这些物性的差异导致了其力学特性的差别。该研究的试验数据与理论可支撑于深部地下工程的爆破开挖及高放废物的深地质处置。

不同赋存深度岩石力学行为差异及本构模型研究

深部资源开采和深地空间利用已成为常态,深部工程开发将是我国未来重要发展领域。符合深部特征的岩石力学行为及基础理论研究是保障深部工程安全高效开发的核心关键。总结了近年来在不同赋存深度岩石力学行为及本构模型方面的研究进展:依托千米级深部煤炭综合开采基地—平煤矿区(1100m)和世界上埋深最深的锦屏地下实验室(2400m),以赋存深度为研究主线,初步研发了考虑深部赋存环境和工程扰动特征的岩石力学测试技术,揭示了不同赋存深度岩石的动静力学行为差异,构建了考虑赋存深度影响的岩石本构关系和能量灾变分析模型,并在平煤矿区和锦屏地下实验室等深部工程实践中实现了初步应用,成果对于促进深部资源和深地空间的高效安全开发具有重要意义。

赋存深度对玄武岩变形破坏及能量特征的影响研究

采用MTS815试验机对门头沟急倾斜煤层底板7个不同深度、共计21个玄武岩试件进行了单轴抗压实验,获得了同种岩性不同赋存深度玄武岩破坏的全应力-应变曲线,分析了赋存深度对玄武岩变形破坏特征及破坏能的影响。实验表明,单轴压缩下埋深较浅的玄武岩几乎都出现Ⅱ类形式破坏;随着埋深逐渐增加,开始有小部分试件出现Ⅰ类形式破坏,可见单轴压缩下门头沟玄武岩出现Ⅱ类应力-应变曲线是普遍现象。Ⅱ类曲线反映了某些岩石材料固有的力学性质,若曲线由伺服压力机获得,采用环向位移控制的方式是基本条件,同时岩石本身应具备均质性好、强度高、弹性模量大、泊松比小等特点。计算表明玄武岩破坏时试验机所做的功以及破坏过程中耗散能是反映岩石性能的两个重要指标:随赋存深度的增加,两者在整体上呈上升的趋势,且耗散能随着温度的变化相对更为明显。漫长的地质年代里地球自转、重力影响和地应力的差异导致了玄武岩的矿物组成及颗粒大小随着深度发生变化,这是导致深部玄武岩力学性能显著提高的主要原因。另外,岩层特殊的位置分布导致埋深600 m上下岩石所处的应力状态不同,这也是玄武岩性能局部突增的主要原因之一。

深部岩石力学参数随赋存深度变化规律研究

为了研究煤系地层中赋存深度的变化对深部岩石力学参数的影响,以50m为一个岩层深度范围,通过对淮南矿区潘集背斜上某矿赋存深度在800~1 300m深度范围的同一层泥岩和砂岩样本的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、抗拉强度等岩石基本物理力学参数的试验研究,采用SPSS19.0对试验结果分别进行统计分析,结果发现,泥岩和砂岩的泊松比均随深度的增加而减小,而这两种岩石其余5个力学参数则随赋存深度而增加,且深度的变化对砂岩力学参数变化影响更大;深度在1 000m附近时,泥岩和砂岩的力学参数都会出现显著变化。

煤层上覆岩层力学性质随赋存深度变化试验

为获得煤层上覆岩层力学性质随赋存深度变化的规律,钻孔选取从地表到煤层的所有完整岩石,通过室内力学试验获取相应力学参数.试验结果表明:试样的天然密度、抗拉强度、单轴抗压强度和弹性模量等随着赋存深度增加而增大,吸水率、泊松比随着赋存深度增加而减小;试样力学性质除了与赋存深度有关外,还与岩性有直接关系;试验数据的离散性随着赋存深度增加而增大.造成试验数据离散性的原因除构造应力、煤层采动及温度影响外,主要是砂岩等沉积岩试样内部颗粒随着应力解除而重新耦合.

花岗岩岩石力学参数与岩体赋存深度关系的研究

以实际采集的深部岩体试样的岩石力学实验为基础,探讨了花岗岩岩石力学参数随深度变化的基本规律,提出了花岗岩岩石的弹性模量E,抗压强度σC,抗拉强度σt均随岩体赋存深度的增大而增大的观点,给出了花岗岩岩石的弹性模量E,抗压强度σC,抗拉强度σt随岩体赋存深度的增大而增大的数学模型。

不同赋存深度大理岩应力波传播规律及动态弹性参数

基于锦屏深部大理岩赋存应力环境,开展了不同深度大理岩应力波传播规律研究,探索了不同深度大理岩复杂动态力学特性。结果表明,随着赋存深度增加,应力波纵、横波波速整体非线性增长,呈“增长较快—增长放缓—渐趋于0”趋势。可预测当赋存深度增大至某一值后,应力波纵、横波波速将几乎不受赋存深度变化影响,逼近于某一恒定值。大理岩动态弹性模量和泊松比均随赋存深度增加总体呈增大趋势,而后趋于稳定,表明岩石材料参数是非常数的。

赋存深度对煤系砂岩力学性质影响的试验研究

为研究不同赋存深度的煤系地层砂岩力学性质的变化规律,选择淮南潘集矿区13-1煤层顶板六个深度水平的砂岩试验样品,通过室内试验获取各组岩样的力学性质参数。试验结果表明:煤系砂岩的抗压强度和弹性模量均随着赋存深度的增加线性增大,而泊松比随着赋存深度的增加呈线性减小关系,并结合试样波速等分析了试验数据离散原因。

岩体赋存深度与力学参数相关性研究

对湘东地区某变电站岩石试样单轴抗压强度试验值进行了统计分析,分析研究表明,在岩体风化因素类似的一定范围内,单轴抗压强度基本与赋存深度成正相关。可利用岩体至基覆界面深度作为赋存深度,采用线性趋势线求得岩石力学参数,使基础设计安全且经济。

上扬子板块沉积改造金属矿床赋存深度问题

上扬子板块沉积改造金属矿床赋存深度问题廖士范①（贵州省地质矿产局）１赋存深度上扬子板块沉积改造金属矿床，如汞矿、铅锌矿、锑矿、菱铁矿等矿床打了大量钻孔、坑道，均已基本勘探完毕。对矿床赋存深度都已控制，证实这些金属矿床都赋存在矿区区域最低侵蚀基准面以下...

深部花岗岩物理力学参数随赋存深度变化的变异性试验

为研究深部花岗岩物理力学参数随赋存深度变化的变异性,通过对某金矿19~1320 m深度水平的花岗岩岩样的岩石参数(单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、天然重度等)统计分析,结果发现,岩石参数变异系数大小顺序为:弹性模量>单轴抗压强度>黏聚力>泊松比>内摩擦角>天然重度;单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角、天然重度随着深度增加有线性增大趋势,而泊松比随深度增加有线性减小趋势;根据地质统计学的变异函数,拟合出岩石参数最优模型,分析了岩石参数的空间变异性质,天然重度在赋存深度尺度内变异性小,而弹性模量和单轴抗压强度变异性较大。以岩石试验为基础,对不同赋存深度的岩石物理力学性质进行分析,揭示了岩石参数随赋存深度变化的规律及变异性,对深部开采有一定参考意义。

上扬子板块沉积改造金属矿床赋存深度问题的讨论

上扬子板块沉积改造金属矿床赋存深度问题的讨论＠何立贤￥贵州省地质矿产厅上扬子板块沉积改造金属矿床赋存深度问题的讨论何立贤①（贵州省地质矿产厅）看完本刊１９９６年第３期“问题讨论”栏刊登的“上扬子板块沉积改造金属矿床赋存深度问题”（以下简称“赋存深度问题”）...

赋存深度对岩石力学参数影响的实验研究

研究赋存深度对岩石物理力学参数的影响,对于认识深部岩体变形破坏规律,以及分析深部工程灾害事故机理具有十分重要的意义.通过在北京门头沟矿区大台井同一岩层进行现场取样,获得了赋存深度处于410-1010m的7个深度水平上的同一层玄武岩,将其加工成77个标准试件（其中单压21个、三轴35个、劈裂21个）,借助MTS815和RMTS150岩石力学实验系统,分别进行了单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂实验,获得了玄武岩密度、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等基本岩石物理力学参数随赋存深度的变化规律.研究发现,统计意义上玄武岩密度、弹模、单拉强度、单压强度、黏聚力、内摩擦角随赋存深度的增大而线性增加,仅泊松比随深度增加而线性减小.另外,还简要分析了造成不同深度同一岩层物理力学参数差异的原因.

基于Data Mining技术的平顶山矿区不同赋存深度采动煤岩体巷道稳定性研究

为探究不同赋存深度采动煤岩体巷道稳定性及其差异性,选择Data Mining(数据挖掘)技术,基于平顶山矿区不同赋存深度(700 m,850 m,1 050 m)巷道的现场监测数据,选择多元线性回归和神经网络模型对顶板离层进行公式拟合和影响因素的权重分析,并开展顶板离层及锚杆应力的时序预测研究,初步揭示不同赋存深度开采扰动影响范围、巷道变形及应力变化特征。研究结果表明:(1)距工作面距离及锚杆应力对顶板离层变化影响最大,但随着赋存深度的增加,其所占权重降低近50%。(2)顶板离层及锚杆应力的时序预测分析发现,随工作面推进,赋存深度1 050 m巷道顶板离层位移及锚杆应力将出现激增现象,且其最大锚杆应力预测值达15 MPa,为千米以浅两巷道的2~3.5倍;离层预测值高达80 mm,为千米以浅两巷道的6~8倍。表明随着赋存深度增加,煤岩巷道变形及应力变化受开采扰动的影响越来越剧烈,对千米以深巷道应及时加强开采过程中的稳定性监测及控制工作。以上技术路线和研究结果对不同赋存深度煤炭资源安全高效开采具有一定指导作用。

基于能量释放率的不同赋存深度砂岩脆性指数研究

为建立表征不同赋存深度砂岩脆性指数,以布尔台矿不同赋存深度砂岩试样为研究对象,开展单轴压缩试验,针对不同赋存深度试样应力–应变曲线特征,从应力–应变正负相关性出发,构建不同赋存深度试样应力–应变曲线能量演化模型。基于能量释放率,建立满足不同赋存深度试样脆性指数,并进行理论验证。结果表明:不同赋存深度试样对应4种曲线形态,Ⅰ与Ⅳ类曲线位于最浅和最深赋存深度,分别为101.6~203.2和509.8~589.3 m,Ⅱ类曲线分布于各个深度,Ⅲ类曲线分布主要集中于406.4~589.3 m。不同赋存深度下不同曲线形态对应4种能量演化方式,总应变能整体呈"S"型曲线增长,弹性能演化曲线与应力–应变曲线相似,Ⅱ与Ⅲ类曲线的耗散能随应变增加呈台阶式增长,Ⅳ类曲线耗散能随应变增加呈"L"型增长,其中表面能和释放弹性能两者与塑性能随应变增加交替产生。脆性指数整体上随赋存深度的增加而增大,且与赋存深度呈二次函数关系,对应平均值分别为0.77,1.01,0.93,3.66,9.94,11.55,Ⅳ类曲线的最大能量释放率与脆性指数远大于其他3种曲线形态,平均值分别为555.27,30.98。同时,不同赋存深度砂岩脆性分区有较大差异,赋存深度为101.6,317.3 m时,砂岩层为弱脆性;赋存深度为203.24 m时,砂岩层为中脆性;赋存深度为406.42,589.35 m时,砂岩层为强脆性。

基于能量特征的不同深度煤岩脆塑性评价方法

基于平顶山煤不同赋存深度下煤岩试样三轴压缩试验结果,分析了煤岩破坏过程中能量演化特点及深度特征,提出新的脆性度指标并进行了煤岩脆塑性分析。研究表明,随着赋存深度增加,煤岩破坏前后产生的耗散能、峰值应力处储存的可释放弹性能、峰值应力后残余的弹性能均呈增长趋势,煤样破坏时释放的弹性能呈减小趋势;不同赋存深度煤岩变形破坏特征峰前以脆性为主,峰后以塑性为主。随赋存深度增加,煤岩峰前的塑性特征和峰后的延性特征均更为明显。

大明一矿上行开采法的研究与应用

对上行开采法在大明一矿应用的可行性进行了研究 ,对间距的确定进行分析论述。通过实验是成功的 ,并收到了好的效果。