The principle of stability control of surrounding rock-bearing structures in high stress soft rock roadways

Through the description of the deformational features of the surrounding rockaround high stress engineering soft rock roadways,the coupling stabilization principle ofinner and outer structures in surrounding rock was put forward.The supporting principlesof high stress engineering soft rock roadway (high resistance and yielding support,timelysupport,high strength and high stiffness supports) were proposed,which were applied inengineering practices,and obtained better achievements.

岩石内应力的基本特征及研究进展

关于岩石内应力在文献上已有较多的论述和讨论,多数专家均承认岩石中存在内应力,但是由于岩石内应力是在岩石自身建造及改造过程中形成的,岩石内应力的复杂性导致了其研究均停留在概念、假说或测量结果的讨论层面,岩石内应力的储存过程以及释放特性等许多问题尚未得到深入和完善的解答。本文通过总结已有的研究成果,分析了岩石内应力的储存过程及释放特性,并提出了岩石内应力问题的进一步研究目标和方向。通过讨论认为,岩石内应力的储存与岩石的物质结构状态密切相关,岩石的弹塑性特点是岩石内应力储存的必要条件,塑性变形是引起岩石内应力释放的一种可能的途径。进一步的研究方向应集中于岩石内应力的形成机理、释放特征及其在岩石工程中的应用上。

岩石内应力的X射线-中子散射测量方法

岩石内应力的储存和释放对深地资源和能源开发具有重要约束。矿物晶格间距的动态变化是揭示岩石内应力演化的重要指示。X射线衍射法是当前获取矿物晶体结构的主要手段,可以准确测定矿物的特征衍射峰。但是,对于具有复杂结构和矿物组成的岩石,X射线在穿透过程中携带的统计信息,难以反映矿物晶格间距的细节特征。中子射线的能量高、穿透深度大,且与原子核反应,因而能更准确地刻画矿物元素位置和结构细节,但中子的波长较长、校准困难,结果具有不确定性,导致中子射线在岩石内应力研究中未能发挥应有作用。在分析X射线、中子技术优势和固有局限的基础上,提出了岩石内应力的X射线-中子衍射测量方法,重点剖析了该方法的基本原理,提出了该方法的关键技术与研究前景。得出了如下结论:利用X射线在确定岩石矿物晶格参数的优势,结合加热处理等技术,可实现岩石矿物无应力条件下晶格间距的标定;采用中子衍射技术可精确测量岩石矿物的衍射偏移峰,实现岩石内应力深度轮廓的精准刻画;结合X射线与中子的优势,可实现岩石内应力绝对值的精确测量。提出的技术手段有利于揭示岩石内应力的微观储存和释放过程,以及长期存留的物质条件和物理力学机制,并有望为岩石矿物组成和微观结构研究提供一种新的技术方案。

压裂过程中考虑井眼曲率对套管应力的影响

受井眼曲率变化影响,套管存在弯曲现象,在进行大规模压裂时套损情况严重。为研究井身结构变化对套管应力的影响,基于有限元分析方法,建立了不同井眼曲率半径下全管柱套管-水泥环-地层三维有限元力学分析模型,综合考虑地层弹性模量、套管内壁压力以及地应力场对套管应力分布的影响,并针对徐深气田实际井眼轨迹进行实例分析。分析结果表明:随着曲率半径增大,套管应力呈现减小趋势,套管受力变形集中在造斜点和入靶点初始位置;随着岩石弹性模量不断增加,套管应力呈现减小趋势,当岩石弹性模量大于35 GPa时,套管应力下降幅度大大减缓,岩石弹性模量15 GPa为风险值;施工压力低于74 MPa时,地层弹性模量较高对套管保护作用更为显著;大于40 m的曲率半径钻井可以有效减轻施工压力和地应力共同作用对套管的破坏;在套管的造斜点位置采用高强度材质管柱可以降低套损风险。研究结果对现场预防压裂套管损坏有一定的参考。

复杂高应力软岩巷道浅部注浆失效的理论分析

锚杆注浆现已成为深井高应力软岩巷道围岩控制的主要手段之一,围岩注浆半径的大小、注浆材料的选择都直接影响着巷道支护效果的好坏.基于内外结构耦合平衡支护原理,结合数值模拟和现场实践,对高应力软弱夹层围岩巷道浅部注浆技术的失效原因进行理论分析.分析结果表明,单纯的浅部注浆并不能解决围岩塑性流变、塑性区扩大问题,应当结合深部注浆,完成内外结构的耦合平衡支护,才能避免单纯浅部注浆的失效问题.

热应力与膨胀力耦合作用下岩石破裂机理的数值模拟研究

基于静态破碎剂破岩机理,运用数值模拟方法研究了内部含圆孔的方形岩样在热应力与膨胀力耦合作用下的破坏过程,重点分析了热应力对材料破坏机理的影响,并与物理实验进行了比较。结果表明:在内部热应力与膨胀力耦合作用下,模型中的两条裂纹萌生于垂直于模型边缘的孔径方向上的某个位置,而不是圆孔周围或者模型边缘,并同时向内和向外扩展至模型的内壁和外壁。随着模型热传导系数的增大,起裂位置向模型边缘移动;随着静态破碎剂膨胀系数的增大,起裂位置向圆孔周围移动。同时也研究了相同模型在只有热应力与只有膨胀力作用时的应力场,发现在此模型中热应力对起裂位置和减少裂纹数量有重要影响,耦合作用下的模型破坏是只有热应力作用和只有膨胀力作用的一种综合作用结果。

深部软岩巷道卸压支护技术研究

针对深部软岩巷道围岩应力高、松动范围大、围岩变形严重的特点,应用深部巷道围岩控制"内、外承载结构"耦合稳定原理,分析了水井头煤矿-500水平412下山巷道破坏原因,提出了深部软岩巷道卸压支护技术.该技术采用围岩卸压、锚梁网喷支护和U型钢支护控制外承载结构移动过程,采用围岩注浆和锚索加强支护促使外承载结构稳定.现场支护试验表明该技术能够保证巷道围岩的长期稳定,并取得了很好的经济效益.为同类软岩巷道支护提供了借鉴.