基于隧道施工阶段地应力实测数据的岩爆判据研究

云南省蔓金高速草果山隧道属于深埋长隧道,隧道围岩坚硬完整且脆性较高,隧道施工阶段面临着岩爆发生的风险。因此,采用应力解除法进行地应力测量,并基于实测数据结合现场岩爆发生情况与国内外不同的强度判据进行对比,并对岩爆判据的适用性进行分析研究。最后,根据岩爆实际发生的情况和位置对岩爆判据进行验证分析,结果表明:岩爆预测标准除应力指标外,还应使用多因素指标进行综合判别;某种岩爆预测方法不能适用所有地下工程,应结合工程的具体情况,进行岩爆危险性评估,为工程提出岩爆防治措施。同时此研究成果为深埋完整硬岩的岩爆灾害分析预测和防控提供了参考依据。

霍州矿区地应力分布规律实测研究

地应力是漫长地质时期形成的岩体内生应力,成因复杂、影响因素众多,是影响深井巷道围岩稳定性的重要因素之一。应用空心包体式三轴应变计,采用钻孔应力解除法系统地对霍州矿区现有主采煤层进行地应力现场实测,得到不同位置和埋深的实测地应力数据。通过对实测数据的系统分析,得出矿区范围内地应力场的分布规律,验证霍州矿区地壳浅部地应力场仍以水平应力为主。基于地应力实测数据和具体工程地质条件,采用FLAC3D对不同轴向煤矿巷道进行围岩稳定性数值分析。应用上述研究成果,对团柏矿八采区巷道顶板稳定性受最大水平地应力的影响程度进行分析。研究结果为霍州矿区采场合理布置及煤矿巷道支护设计强度提供计算参数,对于井巷布置和矿山安全高效生产具有重要指导意义。

空心包体式钻孔三向应变计地应力测量的研究

对空心包体式钻孔三向应变计的地应力测量方法进行了系统的研究，推导了资料整理的计算公式。对应变片并非直接粘贴在钻孔岩壁上而引入的修正系数Ｋｉ和各因素对它的影响以及由它的误差所导致的测量误差，进行了分析。

空心包体式钻孔三向应变计测试技术探讨

探讨了澳大利亚CSIRO型空心包体式钻孔三向应变计的测量技术,重点介绍了测量元件应变片的布置形式和利用围压加载试验成果修正原始解除应变实测值的方法。对解除应变实测值的修正提出了具体方法,由修正后的解除应变推算的地应力实测值更精确。在三峡工程永久船闸开挖完成后岩体应力动态变化测量中,具体分析了测量元件应变片黏贴部位和角度的误差所引起的地应力实测值的误差,具体实施了对解除应变实测值的修正,实测的岩体应力动态变化更符合工程实际情况。

空心包体三轴地应力测量系统的升级改造

针对原有地应力测量系统存在的问题，研制了一套小型化、自动化的新型地应力测量系统。该文对系统的设计思路、基本原理和软件系统等进行了系统的介绍，并通过在某煤矿地应力测量中的结果分析，验证了系统的可靠性和准确性。

围压试验在空心包体式应变计地应力测量中的作用

围压加载试验是空心包体式钻孔三向应变计地应力测量中配套进行的一种重要试验。详细推导了围压加载试验测定弹性常数的计算公式,并且利用它的试验成果对解除应变值进行修正,使地应力实测成果的可靠性更高。附有实例。

徐州矿区深部地应力测量及区域构造作用分析

为了指导徐州矿区深部巷道维护及开采安全,在5个埋深超过800 m的深井采用空心包体三维应力解除法进行了原岩地应力测量。实测数据表明:所有测点的最大水平主应力均略大于垂直主应力,方向呈NW-SE向,近水平方向;由于受区域地质构造作用,地应力存在东西差异,西部和西北部矿井,近似呈静水压力型,东部矿井水平应力是垂向应力的1.19～1.23倍;分析了深井地应力量级、主应力与侧向系数随深度的分布规律;分析了区域郯—庐大断裂左旋平移的基础上形成的北东向徐—宿弧形推覆构造作用影响,确立了矿区实测地应力场与区域地质构造的一致性关系,为深部开采提供可靠的地应力基础数据。

地应力测量精度及其全要素量化表征研究

针对行业现状对地应力测量精度定义及其全要素量化表征方法进行了研究。概述了地应力测量方法、常用试验技术及其测量精度方面存在的问题与原因。从闭环测量角度给出了地应力测量及其精度的定义,在对测量精度研究分类和总结的基础上,提出了地应力测量精度表征体系的构成和分层,指出了测量精度研究的意义、测量方法与测量技术的定义及其测量精度问题。阐述了地应力测量精度全要素量化表征的思路和含义、三维物理模型测量精度试验装置、坐标设定和表征程序,给出了平均方式和最大值方式的表征指标,以及二维和三维测量的精度表征公式,对角度误差的计算方法进行了讨论,对表征方式与技术研发要求的对应关系进行了说明。以早期的USBM孔径变形计和CSIRO空心包体应变计物理模型试验结果的测量精度表征为例,展示了测量精度的量化表征过程,与原有测量精度表征指标进行了对比,获得上述试验技术最大值方式单一指标的总体测量误差分别为10%和27%。首次获得了两试验方法的全要素测量精度数据,比较显示前者的总体测量精度大大优于后者。

空心包体介质参数对应变片变形和测量精度的影响分析

空心包体式孔壁应变测试中的环氧树脂和粘胶介质参与应力和变形的传递,其变化规律可用来改善介质性能或提高测量精度。给出了数值模拟物理模型校验的程序,建立了针对性数学模型,结合地应力测量精度的定量表述,获得了空心包体介质参数对应变片变形和测量精度的影响规律。结果显示:单一介质模型条件下轴向应变片随介质参数的改变其变形量变化不明显,其它应变片随介质弹性模量(E)减小或泊松比(μ)增加而变形增大,反之则结果相反;E和μ参数的单独变化对测量精度的影响<0.5%。双介质模型多个工况的模拟结果显示随着粘胶层E增加、μ降低至与岩体相同时,其轴向应变片变形量略增加,其它应变片变形量减小,量值误差显著降低,角度误差略有上升,该规律的技术转化可显著提升空心包体的测量精度。

地应力测试数据高可靠性处理系统研究

为了提高空心包体地应力数据处理的效率、可靠性和实用性,从软件可视化、数据可靠性校验和应力表示形式3方面进行了研究。基于Windows平台开发了空心包体地应力数据处理软件,提出利用测试数据的冗余进行数据可靠性校验的方法,提供了3种形式的全应力状态表示方法。软件包含输入输出模块、数据检索模块、数据处理模块;用实例展示了简洁、友好的可视化输入输出界面;用计算实例证明软件能够快速、有效地剔除不合理数据;提供了水平最大应力形式表示的全应力状态,适合采矿工程的需要。基于Windows平台的空心包体地应力可视化数据处理软件使用简便、效率高,能快速剔除非正常测试数据,避免错误的计算结果,提高地应力测试结果的可靠性。

中空包容式三轴应变计及其初步应用

本文介绍了自制的中空包容式三轴应变计,在鲁中矿山公司小官庄铁矿进行岩体原始应力测量的概况。实测结果表明,矿区在北西、南东方位存在一定的水平构造应力。

空心包体应变计地应力分量计算方法及应用

为进一步改进和完善空心包体应变计地应力计算方法,基于地应力现场实测过程中空心包体应变计的安装方式,采用线性参数的最小二乘拟合方法对地应力分量计算公式进行了推导,得出了6个地应力分量的改进算法及其标准误差的计算公式。采用实现完全温度补偿并考虑岩体非线性的地应力测量技术,对弓长岭井下矿-160、-220、-280 m 3个水平3个测点进行了地应力现场实测,得到了3组孔壁应变数据。分别使用常规算法和改进算法对3个测点的地应力分量进行计算并分析其标准误差。结果表明:采用改进算法计算得到的地应力分量其标准误差普遍小于常规算法计算地应力分量产生的标准误差,说明改进算法比常规算法具有更高的可靠度。在此基础上,对弓长岭井下矿地应力赋存规律进行了研究。结果显示:矿区地应力场以水平构造应力为主导,最大水平主应力的走向总体上为南东东-北西西方向,最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力均随深度呈增长关系。

扰动应力监测系统的研发及在马鞍山矿的应用

为进一步提高和改进通过消除温度误差以提升测量精度的空心包体应变计应力监测系统的实用性能,检验其在边坡工程中能否实现长期监测的应用效力,2017年4月在安徽省东部马鞍山市南山矿凹山露天采场安装了应力监测系统。在持续40d的监测中,受到当地雨水等气候条件的干扰以及矿坑坡顶废渣倾倒的影响,监测系统所监测得到的应力变化仍然趋于稳定。从温度通道中得到一天中气温数据存在波动,但应力计温度呈明显上升趋势,各通道经温度补偿后,轴向应力变化不大,环向应力变化为1.09~2.53MPa。2018年10月底,在2017年测点处对监测系统修缮后进行二次测量,得到环向应力变化为4.52~8.11MPa,以及轴向应力变化为10.40~11.55MPa,与施工情况及理论值预期范围吻合。该系统实现长期无人值守监测,所采用的传输方式为无线数传电台转换并传输无线信号,这套传输系统能实现中远距离信号传输,并在基站读取及存储监测数据。

弓长岭井下矿地应力现场实测及应用

为掌握弓长岭井下矿的地应力赋存状态,采用实现完全温度补偿并考虑岩体非线性的地应力测量技术,对弓长岭井下矿3个水平3个测点进行了地应力现场实测,利用Lab VIEW编制的地应力计算程序对测量结果进行分析。3个测点的地应力赋存状态:(1)每个测点均有2个主应力接近水平方向,另1个主应力接近垂直方向;(2)3个测点的最大主应力均为最大水平主应力,垂直主应力为最小主应力,说明矿区地应力场以水平构造应力为主导;(3)3个测点最大水平主应力的走向总体上为南东东—北西西方向;(4)最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力均随深度呈增长关系。地应力测量结果在弓长岭井下矿的应用主要有3个方面:(1)巷道走向应根据矿山的工程地质条件和采矿生产作业的要求,尽可能与最大主应力方向一致(113.96°);(2)提供数值分析必需的力学边界条件;(3)为弓长岭井下矿预测岩爆发生的地点和级别提供了可能。

矿用采动应力监测传感器的比较和应用

应力和应变测量已广泛应用于地应力测量中,其采动应力监测则是一种典型的相对地应力测量。重点分析了两种典型的采动应力监测仪器,即钻孔应力计和空心包体式钻孔三向应变计的技术特点,以及在采动应力监测中的优缺点。

平顶山矿区地应力分布规律与空间区划研究

深埋地下工程往往面临着高地应力环境,在研究平顶山矿区区域地质构造演化规律的基础上,通过搜集平顶山矿区多组深部岩体地应力实测资料,得出矿区范围内地应力场的分布规律。按平顶山矿区地应力场类型和分布特点对其进行空间区划,将整个矿区划分为三部分,分别为西南部I区(自重应力场为主)、中部II区(构造应力场为主,水平构造应力影响微弱)和东部III区(构造应力场为主,且水平构造应力影响显著),并对每个分区的地应力分布特征及与地质构造的关系进行深入研究。为验证空间区划结果的科学性和合理性,采用空心包体应力解除法对9个测点进行现场地应力测试,结果表明:现场实测结果与空间区划结果具有较好的一致性。研究结果可为平顶山矿区井田开拓、巷道布置与支护设计等工程实践提供可靠的基础参数,提高工程设计的科学性、合理性与可靠性。

空心包体地应力测量技术研究与应用

为改善煤矿井下空心包体地应力测量,基于测量系统的研究改进了三轴应变计、安装杆及钻头在井下测量的适用性,提高了测量的准确性和稳定性。在徐庄煤矿-750水平东翼轨道大巷与Ⅱ-Ⅰ采区通风下口进行了地应力现场实测,并获得成功。测量结果表明:徐庄煤矿二水平东翼区域以水平构造应力为主,东西布置的轨道大巷承受近垂直的剪应力作用。

空心包体应变计地应力计算方法的探讨

为进一步改进和完善空心包体应变计的地应力计算方法,基于空心包体应变计所测应变值和原岩应力分量之间的关系,采用曲线拟合的最小二乘法,建立求解应力分量的正规方程组,推导出原岩应力分量的表达式;利用盛金公式求解应力状态方程,得到判断测点处地应力状态的总判别式及不同情况下主应力的计算公式;根据主应力方向余弦之间的几何关系,给出确定主应力所在卦限的方法,推导出主应力方位角和倾角的计算公式。据此利用LabVIEW编制地应力计算程序,对新城金矿三维地应力状态进行分析。结果显示:新城金矿地应力场以水平构造应力为主,最大水平主应力总体上为南东–北西向到近东西向。

钱营孜煤矿井下地应力实测及应力场分布规律分析

地应力是影响巷道围岩稳定性的重要因素之一,采用包心空体应力解除法对钱营孜煤矿完成了3个测点的地应力测量,得出钱营孜煤矿地应力场的分布规律。实测结果表明:大断层附近会产生应力集中,并对地应力的大小和方向有明显的影响,整个井田范围被分割为3个区域;钱营孜煤矿的地应力场以水平应力为主,水平应力对巷道掘进的影响具有较为明显的方向性。

淮南矿区地应力分布规律实测研究

应用空心包体式三轴应变计,采用钻孔应力解除法系统地对淮南矿区现有主采煤层进行地应力现场实测,得到不同位置和埋深的实测地应力数据。通过对实测数据的系统分析,得出矿区范围内地应力场的分布规律。