深埋隧洞强岩爆段水锤钻机超前应力释放试验研究

岩爆是深埋隧洞地质学科的世界难题,对岩体的超前钻孔,能够使围岩结构内部应力起到一定的释放作用,降低洞室开挖扰动施工过程中岩爆产生的等级和频次。通过钻孔范围空间核算和钻臂优化改装对引汉济渭岭南TBM掘进过程中强岩爆段进行水锤钻机超前应力释放试验,经现场试作前后微震监测系统能量值对比,结果表明:通过水锤钻机超前应力释放,能够在一定程度上降低岩爆的等级、强度和破坏范围,减小了支护工程量,降低了滞后性岩爆发生的概率,能为埋深不断加大的TBM岩爆掘进段后续工程施工和类似工程提供参考。

孤岛工作面钻孔卸压效果研究及实践

针对孤岛工作面巷道围岩高应力场极易引发局部冲击地压灾害的问题,以陕西煤业龙华煤矿N1206掘进工作面为工程背景,利用FLAC3D建立数值模型,模拟了受动压影响巷道采用钻孔卸压防治冲击地压时,不同钻孔深度和不同钻孔间距下的钻孔周围应力分布情况。根据模拟结果初步确定大直径钻孔卸压技术采用单排眼布置方式,钻孔直径为113 mm,钻孔长度为10 m,孔间距为0.7 m。利用选定钻孔参数进行现场钻孔卸压并监测左右两帮围岩应力随时间变化情况,发现不同深度围岩应力变化规律基本一致,且深处应力值大于浅部应力值,所测应力均在巷道正常围岩应力范围内,证明该钻孔卸压方案的合理性,研究成果为动压巷道冲击地压防治提供一定的指导。

沿断层异形区段煤柱密集钻孔卸压护巷技术研究

针对付村煤矿复杂地质条件下异形区段煤柱巷道围岩受二次采动影响易于失稳的问题,结合理论分析、数值模拟和现场实测方法,对下区段煤柱巷道围岩稳定性控制展开研究,主要工作和结论如下:依据砌体梁理论合理配置了密集钻孔切顶技术参数;建立不同煤柱宽度的数值计算模型,模拟研究了不同煤柱宽度条件下受采动影响煤柱及巷道的围岩应力演化特征,验证了切顶参数及补强支护方案的合理性;建立了包含巷道围岩变形监测、顶板离层监测、锚杆(索)受力监测及围岩内部裂隙发展发育监测等内容的矿压监测体系。研究结果表明,切顶卸压方案成功预制了非连续人工弱面,优化了巷道围岩的应力状态,减弱了覆岩运动对煤柱应力的扰动。

我国深部探测技术与实验研究进展综述

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe,2008—2012)是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划.专项开展了全国4°×4°、华北和青藏高原1°×1°的大地电磁阵列观测,建立了全国地球化学基准网(含78种元素),完成了青藏高原、华南—中央造山带、华北和东北等四条超长深地震反射剖面,部署了罗布莎、金川、腾冲、南岭、庐枞和铜陵等大陆科学钻探实验,开展了青藏高原东南缘和华北地区地应力监测;在我国东部长江中下游和南岭成矿带开展的矿集区立体探测卓有成效.同时,专项还开展了岩石圈三维结构与地球动力学数值模拟、大陆地壳结构与演化的综合研究.专项全面实施以来,已经完成约6000km的深地震反射剖面,成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法,积累了丰富经验,极大地加快了我国深部探测的进度,在国内外产生了强烈的反响.专项实现了技术组合创新、技术进步与重大科学发现的并举,适应我国地质地貌条件和地壳/岩石圈结构特征,初步形成了具有不同层次、不同尺度、不同精度探测空间组合的深部探测技术方法体系,建立了若干各具地质特色的探测试验基地.专项实验已经取得了一系列重大突破与重要成果,深部探测关键仪器装备自主研发获得重大突破,为全面开展地壳探测工程的组织实施奠定了必要的技术基础.

深部探测揭示中国地壳结构、深部过程与成矿作用背景

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe;以下简称'专项')是目前中国实施的规模最大的地球科学研究计划之一,涉及从地表到深部的地质、地球物理和地球化学多学科多领域探测实验。专项自2008年实施以来,完成了全国4°×4°、华北和青藏高原1°×1°的大地电磁阵列观测,建立了全国地球化学基准网(单元大小为160km×160km,含78种元素);完成了青藏高原、华南—中央造山带、华北和东北等多条超长深地震反射与折射剖面联合探测、宽频带地震与大地电磁剖面观测,其中深地震反射剖面约6 160km,成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法,积累了丰富经验,极大地加快了中国深部探测的进度,使中国进入国际深部探测大国的行列。专项在中国东部长江中下游和南岭成矿带开展的矿集区立体探测卓有成效,矿集区三维'透明化'技术不断成熟与完善;揭示了中国东部长江中下游和南岭成矿带深部成矿的动力学背景。专项部署了罗布莎、金川、南岭、庐枞和铜陵矿集区和腾冲火山地热构造带等12口大陆科学钻探实验与异常验证钻孔,在西藏罗布莎等地发现一系列深部地幔物质,在南岭于都-赣县和安徽庐枞矿集区发现深部厚大矿体、矿化异常和重要矿化线索。专项开展了青藏高原东南缘和华北地区的地应力监测网建设,有效提高了地应力测量与监测技术水平,深化了地震与地质灾害链成因研究;岩石圈三维结构与地球动力学数值模拟的能力得到不断提高。专项开展的大陆地壳结构与演化综合研究,加深了对中国中生代以来一系列重要地质问题及其深部动力学机制的认识。专项成功研制的中国首台'地壳一号'万米超深科学钻探钻机,在深部探测仪器装备自主研发方面具有里程碑式意义;同时,成功研制了地面电磁探测(SEP)系统、固定翼无人机航磁探测系统、无缆自定位地震勘探系统、移动平台综合地球物理数据处理与集成系统等深部探测关键仪器装备与软硬件系统。专项实现了技术创新与重大科学发现的并举,适应中国地质地貌条件和岩石圈结构特征,初步形成了针对不同层次、不同尺度、不同精度深部探测问题的技术方法体系,建立了一系列探测试验基地,为组织实施中国地壳探测工程奠定了坚实基础。深部探测已经成为我国地学发展的一个重要趋势。

基于当量钻屑法的冲击地压监测预警技术研究及应用

针对济三煤矿现场监测数据,通过分析和数值计算,建立钻屑量、支承压力以及钻孔应力的关系,在此基础上,研制冲击地压实时监测预警系统。通过应力测量代替钻屑量作为冲击地压危险性主要监测指标和实时监测工作面前方应力场的变化规律,实现冲击地压危险区及危险程度的实时连续监测预警。自主开发的分析预警软件可以实时显示随工作面推进的支承应力动态云图和测点应力柱状图,设定报警阈值,以判断危险区域及其危险程度,预报发生冲击地压的可能性。通过多个冲击危险矿井的应用,表明该系统能准确地预报冲击危险区及其危险程度,实现高冲击危险工作面的安全开采。

我国深部探测技术与实验研究与国际同步

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe,2008—2012)是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划。专项成功实现了技术创新与重大科学发现的并举,完成了6000km深地震反射剖面,使我国进入国际深部探测大国的行列。专项建立了全国大地电磁参数网和地球化学基准网,实施的6口科学钻探获得重要发现,实现矿集区立体探测,关键地区地应力监测、岩石圈动力学模拟、大陆地壳结构与演化研究取得长足进展,探测仪器装备研制取得重要突破。专项被认为是我国由地质大国向地质强国转变的标志性重大地学计划,在世界地球科学领域具有很强的影响力,具有经济社会意义巨大创新价值,在大科学计划组织实施方面做了有益的探索,为实施"地壳探测工程"重大科技专项奠定了坚实基础。专项被两院院士评为"2011年度中国十大科技进展新闻"。"深部探测技术与实验研究专项与国际同步",获得中国地质科学院2012年度十大科技进展的特别进展。

地应力钻孔施工关键技术探讨

汶川地震后,地应力研究受到重视,应力孔施工也日渐增多。本文依据多个项目实践经验,总结了地应力钻孔施工中的一些主要技术问题,介绍了钻孔结构设计按照终孔直径选择、监测仪器安装以及地层条件来综合考虑的方法。特别是从保证技术套管的使用和起拔安全,保障仪器安装精度的扩孔技术,冲洗液的选择与控制,应力测量与应力监测仪器安装的技术保障措施等应力孔施工关键技术方法方面探讨和总结了该类型钻孔施工技术特点和技术经验,系统总结了孔内应力测量和监测仪器安装技术方法,对同类项目的开展具有一定的借鉴和现实指导意义。

模拟煤层钻进过程中钻孔稳定性试验研究

钻孔钻进过程的实验室模拟及失稳现象捕捉,是钻孔失稳破坏机制研究的关键环节。通过构建模拟煤层钻进过程中钻孔失稳监测系统及方法,探讨了轴压、吸附平衡压力、气体种类及煤的变质程度对钻孔稳定性的影响规律,得出不同试验条件下的孔周煤体应力变化及孔壁、孔底破坏特征。研究结果表明:随轴压及吸附平衡压力的增大,孔周煤体峰值应力最大值逐渐增大,孔壁变形及孔底破坏趋于严重,甚至发生喷孔;与N2相比,当煤样吸附CO2时,孔周煤体峰值应力最大值较大,孔壁变形及孔底破坏也较为严重;随煤的变质程度的加大,孔周煤体峰值应力最大值及卸压范围呈先增大后减小的趋势,试验所用焦煤应力集中现象及孔壁、孔底破坏程度最为严重。

北京(密云)地应力监测孔钻探技术

地应力监测钻孔既要满足岩心地质力学测试又要达到孔内实验仪器安放的要求,其钻探质量要求高,施工工艺较常规固体岩心钻探施工复杂。以北京市密云县园林东路1号地应力监测孔钻探施工为例,介绍了北京地区地应力监测孔钻探施工技术。

大直径深孔采矿法凿岩硐室稳定性研究

在铜坑矿９１号矿体大直径深孔采矿法试验过程中，对采场凿岩硐室围岩的应力状态和岩移进行了监测。文中介绍了监测结果，用弹性和弹塑性理论研究了硐室围岩的应力状态，分析了硐室的稳定性和支护系统的作用。

钻具振动分析技术的发展前景

该文概括了钻具振动分析技术的国内外发展概况及其在我国的应用前景。

主动承压式钻孔应力监测传感装置

为研究煤岩层应力演化规律,并据此预测煤岩体稳定性问题,通过分析研究煤岩体失稳变形原理和承压机构与煤岩体耦合接触条件,得出测量应力与煤岩体内应力成线性关系;基于静水压原理开发了主动承压式钻孔应力传感器,重点进行了应变感知机构设计,并在实验室对传感器进行加载试验;分析其基本误差均在全量程0.4%以内,可近似为相等。结果表明该应力监测装置测量结果可反映煤岩体真实应力演变趋势,为煤岩体应力状态研究及煤岩动力灾害预警和巷道支护设计提供现实数据依据。

综采工作面回撤巷强矿压显现机理及控制技术

为保障厚煤层综采工作面回撤巷的安全使用,以鄂尔多斯纳林河二号井31102工作面回撤巷强矿压显现为背景,通过现场监测与理论分析相结合的方法,对厚煤层综采工作面开采过程中回撤巷强矿压显现进行研究。结果表明:厚煤层综采工作面回撤巷强矿压显现,主要为工作面采动引起的超前支承压力、相邻采空悬顶引起的双向支承应力,以及回撤巷开掘引起的静载三者耦合作用的结果。根据强矿压发生机理,提出回撤巷道及相邻巷道钻孔卸压和补强支护相结合的控制方案,使其处于“强支、强卸”状态。在相邻31103工作面回撤巷实施强矿压控制技术,通过现场观测和数据分析,表明强矿压控制技术效果良好,可有效保障回撤巷的安全使用。

无煤柱开采条件下的易自燃煤层防灭火技术

以乌兰煤矿Ⅱ020802工作面为例研究易自然煤层工作面在无煤柱开采等条件下的防灭火技术。通过实验得出Ⅱ020802工作面煤层的自然发火特性参数;在理论分析的基础上结合现场观测找出无煤柱开采下煤岩体的支撑应力特征、裂隙发育状况以及漏风通道;在开采过程中矿方根据实际状况采取以立体监测为主、进而有针对性地采取堵漏、注浆、注氮以及利用高位钻孔实施汽雾阻化剂等综合防灭火技术措施,顺利地保障了工作面的安全回采。

掘进工作面冲击地压监测预警技术的探索与应用

在掘进工作面采用钻屑法、应力在线以及微震系统监测工作面压力显现及采动影响,通过设计选择合理的参数和布局,能够有效地监测到动压显现,为及时采取卸压措施提供了技术保障,为冲击地压监测工作积累了宝贵的经验。

麻地梁矿509胶带顺槽支护参数优化设计方案研究

为了解决麻地梁矿509胶带顺槽掘进时受到一侧临近工作面回采采动、上覆岩层运动以及顶板直接顶较为破碎等多相耦合作用的影响,导致巷道变形迅速,位移量大,矿压显现较剧烈的等问题。本文利用ZKXG30钻孔成像仪技术手段对509工作面胶带机顺槽进行锚杆受力特征以及松动圈发育规律分析,对巷道顶板围岩破碎和裂隙发育情况进行评估,提出了锚杆锚索同排协同支护方案,共同提高了锚固体的承载能力,保持围岩稳定,且通过锚杆受力监测、顶板离层变化趋势,侧面验证巷道支护效果明显。

深埋隧洞施工期围岩变形与应力分析及稳定性评价

通过现场原位多种监测仪器的预埋对大直径TBM法和钻爆法开挖的洞段进行监测,综合分析围岩变形及应力监测成果,深入剖析深埋脆性大理岩在开挖过程中围岩变形及应力调整的特征,把握TBM法和钻爆法两种不同施工方法在不同围岩类别条件下引起的围岩松弛深度及围岩破坏特性,对进一步了解深埋脆性大理岩的物理特性和洞室开挖围岩响应规律具有重要意义。

覆岩承压含水层疏水应力场演化规律电荷监测研究

【目的】针对我国内蒙古、陕西、山东和甘肃等深部煤炭开采矿区面临水文地质条件复杂,导致顶板疏水量大,覆岩承压含水层疏水诱发的冲击地压灾害日益凸显的问题,开展了覆岩承压含水层疏水过程中煤层应力场演化规律研究。【方法】通过实验室分级加载条件下的煤体电荷感应试验与煤矿现场顶板疏水前后的电荷参数监测相结合的方法,系统研究了不同应力水平下煤体感应电荷的变化特征,以及顶板疏水过程中应力场的动态转移规律。【结果和结论】实验室研究表明,随着加载应力的逐级增大,煤样感应电荷量呈现非线性增长趋势,有效反映了煤体所受的应力水平。现场监测则揭示了顶板疏水过程中,富水区内电荷量均值和变异系数减小,而富水区外一定范围内电荷量先增后减,出现峰值点,表明应力从富水区边缘向外动态转移,并存在转移范围阈值;此外,基于富水区外各测点电荷量峰值的出现时间,得出了不同疏水量下的应力转移特征,即缓慢转移–快速转移–缓慢转移三个阶段。最后,通过大直径钻孔卸压试验,验证了该技术在降低顶板疏水条件下应力集中、防治冲击地压方面的有效性。研究成果可为顶板富水矿井冲击地压的预测与防治提供了理论依据和技术支持。

充填开采工作面应力分布规律数值模拟及冲击危险防治实践

运用FLAC^(3D)模拟软件对充填开采工作面垂直应力及运输巷附近断层区域应力分布进行了模拟分析,研究结果表明:充填区域超前支承压力较未充填区域下降明显,充填体能够有效抑制围岩应力释放和变形,对控制上覆顶板移动有较好的效果;工作面回采至断层附近时,运输巷与断层距离越近,断层处应力峰值越高,达到56 MPa,随着运输巷与断层距离的增大,构造应力与采动应力叠加影响越来越小。提出"应力在线监测-钻屑法检验-大直径钻孔卸压"的冲击危险治理方法,现场应用表明,效果较好。