深竖井开挖岩爆倾向性多指标预测

工程地质勘查孔及其信息是深部岩石工程前期重要的研究对象和决策依据。综合考虑诱发岩爆的内因和外因,从岩石性质条件、围岩应力条件、围岩地质条件三个方面选取8个评价指标,基于钻孔岩芯开展了地应力测试、岩石力学指标测试、声波测试,分析了新城金矿新主井-930 m以下井筒开挖岩爆倾向性。结果表明:①岩爆倾向性并非随深度线性增长,各深度水平岩爆危险性真实值应为多种因素综合作用的结果;②新城金矿新主井-930 m以下深度井筒开挖的岩爆倾向较大,可采用作业面钻孔卸压、垂直井壁钻孔卸压、超前爆破卸压、柔性让压支护等手段进行岩爆防治;③不同指标分级方法所得结果存在一定的差异性,说明单指标岩爆倾向性评价方法存在一定的局限性,应建立更为科学的综合评价方法。     

基于模糊物元理论的岩爆倾向性等级评价

岩爆倾向性等级评价是研究岩爆发生机理的基础。本文以脆性岩爆指标(B)、Barton岩爆指标(α)、弹性变形能岩爆指标(Wet)和冲击能岩爆指标(Wcf)为基础建立岩爆倾向性评价指标体系,建立了基于模糊物元理论的岩爆倾向性等级评价模型。采用该模型对小厂坝矿区典型岩石的岩爆倾向性等级进行评价,结果表明:矿岩和黑云母石英片岩均为强岩爆倾向性。灰岩随着埋深增加,由弱岩爆倾向性向中岩爆倾向性过渡。矿体的上盘(黑云母石英片岩)为强岩爆倾向性,矿体的下盘(灰岩)为中岩爆倾向性,在实际开采过程中,应尽量将采矿工程布置于下盘。矿体为强岩爆倾向性,这与实际开采中频繁出现岩爆征兆现象一致。建议开采过程中应加强地压监测,合理布置卸压工程。     

大红山铁矿深井大规模开采岩爆综合评价

大红山铁矿是特大型深埋矿床,在深井开采时遇到的一个技术难题就是岩爆。为评价岩爆倾向性烈度,对该矿深部5种岩样进行室内岩爆倾向性试验,并采用声发射方法确定岩石接近峰值强度时的卸载点;通过地应力现场实测和三维有限元数值模拟,获得深部最大主应力和巷道开挖后最大切向应力;采用最大主应力判别法、切向应力准则、强度脆性系数法、变形脆性系数法、弹性应变能储存指数法这5种评价方法,对岩样的岩爆倾向性进行单项指标评价,分别得到各矿岩岩爆倾向性烈度。然后采用模糊数学法,对各单项指标评价结果进行综合评价。结果表明:深部主要矿岩体总体上具有发生中等岩爆和强烈岩爆的倾向性。最后,通过评价结果,在岩层图上绘制典型水平岩爆倾向性分布区域,可为深部开采和岩爆防治提供参考依据。     

三山岛金矿西岭矿区深部岩体岩爆倾向性熵权法综合预测

为准确预测三山岛金矿西岭矿区深部岩体岩爆倾向性,本文综合考虑岩爆发生的内因和外因,选取岩石本身力学性质条件、围岩应力状态、围岩地质条件3个方面8项评价指标,通过地质钻孔岩芯岩爆倾向性试验,获得岩爆倾向性单指标评价结果,同时引入熵权-TOPSIS法建立岩爆多指标综合评价体系,对钻孔区域岩体进行了岩爆倾向性综合预测。研究表明:3个钻孔各测点深度岩体均具有一定岩爆倾向性,尤其是ZK88-18钻孔1 200m、1 500m和2 300m深度岩爆倾向性为强岩爆。对于深部完整性较好的岩层,在工程施工时需加强岩爆灾害的控制和管理工作。     

会泽3~#竖井岩爆危险性评价及控制研究

随着竖井开采深度的逐渐增加,岩石赋存环境更加复杂,高地应力导致的岩爆、地压突出等灾害也更加频发,其中岩爆危害性最大。因此对其危险性进行评价,进而采取有效的防治措施具有重要的现实意义。本文通过对国内第一深井——云南会泽3~#竖井的地质勘察资料及岩石力学实验数据分析,总结了该竖井周边围岩的应力场分布及岩石力学性质,揭示了会泽3~#竖井的高应力灾害危险区域分布特征;并结合现场实际施工情况,提出了岩石力学监测、围岩卸压、合理支护及日常安全施工管理等防治防护措施。研究结论对超深竖井施工的岩爆防治具有一定的指导意义。     

金属矿深井硬岩岩爆倾向井巷支护研究

随着矿井开采越来越深,岩爆已成为引发矿山工程灾害的主要原因之一,也是岩石力学工程界共认的重大工程灾害之一。金属矿深井硬岩井巷工程环境具有地应力高、围岩坚硬、岩体储能高、开挖应力易集中、受扰动影响大等诸多特点,具备诱发岩爆的多个条件,具有较高的岩爆倾向性。本文分析了岩爆发生机制及影响因素,客观研究分析了南非、美国、中国三座深井矿山岩爆支护控制案例,归纳提出了应对岩爆倾向井巷应遵从超前分析、减弱能量、避让时空、加固围岩、吸能单元、多次支护的综合防治原则,研究内容能够为相关研究提供理论与实践借鉴。     

小厂坝矿区岩爆倾向性研究

岩爆倾向性是研究岩爆发生机理及发生机制的基础,本文采用脆性岩爆指标、Barton岩爆指标、弹性变形能岩爆指标和冲击能岩爆指标对矿体及上盘、下盘主要围岩进行了岩爆倾向性研究,根据各指标的评价结果进行了综合评判。研究结果显示,矿体和下盘围岩属于强岩爆倾向性,在矿体开采过程中,应加强对地压变化的监测,采取适当措施,采用合理的开采方式及开采顺序,降低岩爆发生的概率和强度。     

基于多种判据和能量聚集的岩爆倾向性研究

岩石具有存储高应变能的能力、围岩具有聚集高应变能的环境是岩爆发生的两个必要条件。论文以三山岛金矿深部开采为研究背景,基于室内物理力学试验,采用脆性系数、线弹性能及冲击性能评价等三种判据指标对三山岛金矿深部赋存的主要岩石的岩爆冲击倾向性进行定性分析;然后依据FLAC3D数值模拟计算深部采场围岩的弹性应变能积聚与分布特征,以及采场围岩最大线弹性能圈定范围内的总能量;并依据地震学理论,对岩爆的地震级别进行定量预测。研究成果对深部开采设计优化,控制岩爆发生、保证高效安全开采具有重要的指导意义。     

马路坪矿深部开采岩爆倾向性评价与防治对策

贵州开磷集团马路坪矿进入深部开采后,岩爆是其面临的一个突出的问题。根据现场工程地质调查和实验室岩石力学性能测试,在考虑岩爆发生机制的基础上,选用弹性应变能指数、线弹性能准则、能量储耗指数以及岩体完整性系数4个指标对马路坪矿深部岩体的岩爆倾向性进行模糊综合评价,获得该矿4种典型岩样的岩爆倾向性,并据此提出了该矿深部开采岩爆防治的建议措施。     

大厂105号矿体深井开采岩爆倾向性研究

大厂105号矿体的埋藏深度在1km左右,目前正在进行开采前期的勘探和设计。通过室内岩爆力学试验,分析了该矿体2种典型岩石的弹性变形能指数Wet、冲击能指数Kcf、岩石脆性系数B和最大储存弹性应变能指标Es。结果表明:围岩无岩爆倾向性,锡矿石具有弱岩爆倾向性。     

金属矿千米深井高应力特性岩爆发生规律与防治措施研究

针对大红山铁矿进入千米深井开采后,在巷道、竖井和大断面硐室的基建开挖过程中发生的多次不同程度的岩爆动力地压现象等严重的地压灾害问题,首先对千米深部采区的高地应力特性进行了研究,得到了其深部高地应力处于超过亚临界深度的状态,但还没有达到临界深度的总体评价结果;其次采用模糊综合评价法获得了不同岩性在不同埋深的岩爆倾向性,得到了深部采区岩体总体上具有中等岩爆倾向性,在最深-40 m水平的局部,大理岩、片岩和磁铁矿的岩爆倾向性趋于强烈的结论;其次全面统计了基建过程中发生的岩爆案例,获得了岩爆发生与埋深、地应力、岩性等的关系与规律,得到了岩爆数量随埋深的增加呈指数关系增加的规律;最后提出了易爆岩层巷道与硐室的岩爆动力地压灾害的防护措施。     

焦家金矿寺庄分矿深部岩体岩爆倾向性分析

焦家金矿寺庄分矿进入深部开采阶段,围岩所处环境逐渐恶化,巷道围岩出现较大变形,危及矿山的安全生产。通过现场地应力监测得到深部应力分布特征,利用深度判据、Turchaninov判据、陶振宇判据和强度脆性系数判据对岩体岩爆倾向性进行描述。综合评判结果为角闪英云闪长岩处于轻微岩爆的危险等级,二长花岗岩岩爆倾向性判定为强烈岩爆等级,需加强监控及防护。岩爆倾向性分析结果为矿山深部安全开采提供有效科学支撑。     

基于多重判据的某深部矿区岩爆倾向性研究

以岩石的岩爆倾向性出发,选取了脆性岩爆指标、Barton岩爆指标、改进后弹性变形能岩爆指标和冲击能岩爆指标作为评价岩石岩爆倾向性的判别法则。对某深部矿山的主要岩石进行岩爆倾向性评价,并进行了相应的力学试验和计算,各岩爆指标的判别结果之间存在差异,为了更加准确、合理的对4种岩石的岩爆倾向性等级做出评价,将脆性岩爆指标判别法、Barton岩爆指标判别法、弹性变形能岩爆指标判别法和冲击能岩爆指标判别法的判别结果进行综合分析,得出了更加准确的判别结果。     

高峰矿105号矿体深部安全开采与岩层控制技术研究

高峰矿105号矿体深部采深达1200m,水平应力较大。前期开采引起岩体破坏,矿柱普遍应力集中明显。针对105号矿体深部开采存在地压与岩爆灾害隐患的问题,开展了岩层控制与优化开采研究。通过岩石力学实验,进行岩爆倾向性试验研究,测定了岩石弹性变形能指数,结合现场条件判定岩爆倾向性。实验结果表明,深部矿体具有中等程度岩爆倾向性。现场开展了工程地质调查,采用数值模拟分析了深部矿压现状及发展趋势。对采空区进行胶结充填,对围岩采取锚杆加金属网支护,在破碎矿段采用条块后退式回采,对深部中段较厚大矿体采用中深孔开采,有效解决了顶板管理难题。在深井开采高应力环境下,采取合理的采场结构参数,优化回采顺序,实现了安全开采。     

深井硬岩矿山岩爆灾害防治研究

采用室内试验、数值计算和现场岩爆研究相结合的综合研究方法，以冬瓜山矿床开采为对象，对深井矿床开采岩爆防治进行了系统的研究，由矿岩力学试验，采用岩爆综合评判指标确定了矿岩的岩爆倾向性，指出岩爆倾向性具有本源性和诱导性两种属性；电镜试验、物理模型试验和现场岩爆研究发现岩爆主要由张拉断裂引起，具有明显的岩石破坏和工程施工异常性前兆；现场岩爆研究和数值计算表明岩爆危险区位于应力集中、能量贮存大及具有快速释放能力和条件的区域；从岩爆预防角度，采用数值分析方法以能量释放率为衡量指标，对采场结构参数、开采步骤等进行了优化；从减少能量筘存、控制能量释放、采用柔性支护和建立岩爆监测系统4个方面，得出了具体的岩爆防治措施。图3，表2，参11．     

基于模糊数学法的阿舍勒铜矿深部岩体岩爆倾向性预测

在地应力测试和岩石力学参数试验的基础上,首先采用单指标评价法,如:岩石脆性系数法、能量冲击性指数法、岩石弹性能量指数法等,对阿舍勒铜矿深部岩体的岩爆倾向性和烈度大小进行了预测,发现采用不同的岩爆倾向评价方法,其结果会存在一定的离散性。基于单指标评价结果,采用模糊数学评判法,建立数学模型,对阿舍勒铜矿深部围岩体岩爆倾向性进行了综合分析计算,评判结果表明:凝灰岩、铜硫矿、黄铁矿三种岩性岩爆倾向性分别为弱岩爆倾向、中等岩爆倾向、中等岩爆倾向,评判结论与现场实际情况吻合,表明使用模糊数学综合评判法预测岩爆倾向性可靠有效。     

马路坪矿深部开采岩爆倾向性模糊综合评判

开阳集团马路坪矿经过40多年的开采,某些中段即将进入深部开采的范围。为预测马路坪矿4种主要岩石在750中段、700中段和600中段的岩爆倾向性,对这4种岩石进行岩石力学试验,同时提出由不同影响因素构成的多种评判指标,通过理论预测法进行岩爆的模糊数学综合评判,最后运用级别变量特征值Hj作为评判准则来判断这4种岩石在3个中段的岩爆倾向性,得出这4种岩石随着开采深度的加大而岩爆倾向性增强的趋势。     

基于应力及能量条件的岩爆发生机理研究

为了研究深井硬岩巷道岩爆发生的机理,结合大台井玄武岩区岩爆工程实践,分析了区域构造应力场特征,研究了区域内煤岩体的弹性潜能分布特征.从构造应力和能量的角度出发,分析了具有岩爆倾向性的巷道围岩产生岩爆时应具备的应力条件和能量条件.研究结果表明,在具有岩爆倾向性的岩体中掘进巷道,岩爆的产生应同时具备所需的应力条件和能量条件,岩爆的位置和剧烈程度与最大主应力方向有关.研究成果将对大台井岩爆防治,深部开采的水平大巷布置和巷道支护等提供理论依据.     

岩爆危险性评价的变权物元可拓模型

为客观评价岩爆危险性,将物元理论与变权理论结合,构建了变权物元评价模型。首先,对指标数据规则化处理,解决传统物元模型自身局限性;其次,基于变权理论确定评判指标权重,避免评价过程中的主观性,同时使得被评价对象主动参与综合评判;第三,以非对称贴近度代替传统模型中的最大隶属度;最后,通过物元等级变量特征值的计算结果对样本等级进行评定,以权重及特征值对指标的敏感性确定影响评价结果的关键性指标。以甲玛矿为例,计算结果显示该矿为弱岩爆等级,且偏向于无岩爆,与现场实际情况吻合,与已有评判结果基本一致;倾向性指数、应力指数为敏感性指标,应力系数为一般敏感性指标。     

岩爆倾向性评价的弹性应变能指标法

采用“岩样-压机”系统从刚度和能量角度分析了岩爆产生的机理,解释了岩石峰值强度前弹性应变能的存储是岩石产生动力破坏的基本条件。对红透山铜矿矿石和围岩进行了单轴加卸栽实验,并在实验的基础上采用弹性应变能指标对该矿的矿体和围岩的岩爆倾向性进行了评价。结果表明,该矿矿体和围岩均具有发生弱或强烈岩爆的倾向性．