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。     

基于模糊物元理论的深井开采岩爆倾向性评价与防治

针对甘肃某铅锌矿开采深度已达800～1 000 m,部分巷道出现片帮冒顶等现象及岩爆活动剧烈的现状,利用模糊物元理论,选取岩石脆性系数、巴顿岩爆判据、弹性变形能指标和冲击能指数4个指标作为评价依据,通过岩爆倾向性评价隶属函数构建岩爆倾向性评价模糊物元,得到不同中段各类岩石的岩爆倾向性综合评价结果;该矿区岩爆以水平应力型和综合应力型为主,自重应力随开采深度逐渐增大,将占主导;岩爆破坏为板状劈裂向块状剪切及片状弹射发展的过程;提出了软化围岩、改变围岩应力状态、支护与加固、优化爆破参数等深井岩爆防治措施,为类似条件深井开采岩爆评价及防治工作提供了理论指导依据。     

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。     

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。     

花脑特矿区基于变异系数-突变级数法的岩爆倾向性综合预测

为了准确预测花脑特矿区深部中段岩爆倾向性,选取岩石单轴抗压强度、冲击能量指数、弹性应变能指数、地应力指数和RQD值等五个指标,通过地应力测量、室内岩石力学试验、Sirovision岩体节理裂隙调查,获得岩爆倾向性单指标评价结果,同时引入变异系数-突变级数法建立岩爆多指标评价体系,利用岩爆倾向性单指标评价结果计算突变级数值,并与岩石实际岩爆等级进行比较分析。分析结果表明,样本突变级数值与实际岩爆等级存在正相关关系,可以进行岩爆倾向性预测。研究结果表明：变异系数-印第安人茅舍突变级数值法在白音呼布花脑特矿区具有较好的适用性,可作为矿山后续工程中岩爆倾向性预测依据。     

某深竖井围岩岩爆倾向性预测研究

为评估某深竖井目前施工段围岩岩爆烈度等级,基于AHP-FUZZY理论方法并结合现场施工实际,综合考虑现有理论判据和岩爆发生机理,选取脆性系数、弹性能指数等8个评价指标预测岩爆等级,结果表明其竖井围岩无岩爆倾向性。同时结合损伤理论从岩体强度、储能能力、劣化程度等方面解释了其倾向性,其结果可为竖井现场施工和支护设计提供参考价值。     

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。     

裂隙倾角与密度对深部岩体岩爆倾向性影响的数值模拟研究

工程岩体是由节理、裂隙等结构组成的不连续介质体,深部巷道处于高地压、强扰动的复杂工程环境中,裂隙岩体的岩爆倾向性是深部工程安全稳定性研究的重要课题。本文以矿井深部巷道为研究对象,构建裂隙岩体模型;利用数值模拟手段通过单轴压缩试验,分析不同裂隙产状岩体的能量、强度特征。试验结果表明:裂隙弱化了岩体的力学参数,裂隙倾角和裂隙密度是影响岩体强度和岩爆倾向性的重要指标;裂隙倾角越大,岩体所存储的弹性应变能越高,岩体岩爆的可能性越大;裂隙密度对裂隙岩体弹性应变能的大小影响较小,裂隙岩体的岩爆倾向性主要受裂隙倾角的影响。研究成果对为深部工程裂隙岩体岩爆预测提供了科学的依据。     

阿舍勒铜矿深部岩爆倾向性综合分析应用研究

通过现场调查、地质钻探、地应力测试, 初步判断阿舍勒铜矿深部岩爆倾向性。依据室内试验结果运用6种不同岩爆评价方法对凝灰岩、铜硫矿、黄铁矿3种深部主要岩性进行了评价, 并基于模糊数学多因素综合评价其岩爆倾向性分别为弱、强、强。该研究对其他深井矿山岩爆倾向性分析具有一定的指导意义。     

基于矿山工程地质特点的岩爆防治措施研究

以宜昌某磷矿工程的岩性和地质环境为基础,结合现场的岩爆特性和室内试验,分析引起该矿山开采时产生岩爆的主要原因,并提出岩爆防治措施。研究结果表明:(1)矿山在水平构造应力环境下,顶板含有硅质白云岩的岩体具有较强的岩爆倾向性;(2)由于开拓巷道的几何尺寸比采区的几何尺寸要小很多,采区的围岩应力受开采引发的多因素影响,致使采区的岩爆率与岩爆烈度相对比其在开拓巷道的大;(3)针对矿区特殊的初始应力与地质构造环境,可通过降低开采引起的围岩应力集中程度和加强矿山安全管理措施对矿山岩爆进行防护。     

有分区破裂化倾向的深部巷道围岩支护分析

在分析总结巷道围岩分区破裂机理研究现状的基础上,阐述了深部岩体特性对巷道破坏和支护的影响,探讨了现有支护荷载理论用于深部岩体工程的局限性。进一步分析了深部巷道支护方法对有分区破裂化倾向的深部巷道围岩的适用性,并针对深部工程的复杂物理力学特性和地质环境条件,提出了动态联合支护理念。     

卸压爆破下岩体损伤模拟研究

深部矿床应力集中区易诱导岩爆等地质灾害,利用卸压爆破法将应力集中区多余的能量释放,使整个能量体系达到动态平衡,实现高应力向深部岩体转移,围岩应力重新分布,继而达到防治岩爆的效果。为研究深部初始地应力场对卸压爆破效果的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件分别模拟3种开采深度条件下岩体卸压爆破过程。结果表明,开采深度由1 000 m增加到3 000 m 时,卸压爆破损伤范围变化较为显著,随初始地应力进一步加大,地应力对卸压爆破损伤抑制作用进一步加剧,导致爆炸应力波和爆生气体所形成的损伤区体积逐渐缩小,呈非单调变化;岩体卸压爆破损伤类型由拉伸破坏逐渐转向为剪切破坏,地应力对拉伸破坏起进一步抑制作用,对剪切破坏起到促进作用。结果对深部矿体卸压爆破设计具有理论指导意义。     

深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究与实践

以义马常村煤矿深部冲击地压巷道为工程背景,介绍了深部冲击地压巷道围岩地质力学参数分布特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征及主要影响因素,揭示出锚杆支护对冲击地压巷道变形的本质作用是保持围岩完整性,在围岩中形成支护应力场,降低应力集中系数,改善巷道围岩应力分布,充分发挥围岩的抗冲击能力。提出冲击地压巷道支护形式选择原则,介绍了高冲击韧性锚杆支护材料力学性能及锚杆支护参数设计方法。针对常村煤矿21220下巷条件,提出以全长预应力锚固、高强度、高冲击韧性锚杆与锚索支护为主,以金属支架为辅的复合支护方式,并进行了井下工业性试验。矿压监测数据表明,该种支护方式与围岩的整体抗冲击能力强,能够有效控制深部冲击地压巷道变形与破坏。在冲击能量影响下,锚杆、锚索受力特征明显不同于普通巷道,呈波浪状或锯齿状变化趋势。     

煤矿深部开采冲击地压监测解危关键技术研究

针对煤矿深部开采冲击地压监测防治难题,采用理论分析、数值模拟、室内试验和现场监测相结合的综合研究方法,研究了深部应变型、断层滑移型和坚硬顶板型三类冲击地压的致灾机理,提出了煤岩组合冲击能速度指数和卸围压冲击能速度指数两个新指标,建立了与冲击地压类型相适应的煤岩冲击倾向性评价体系,获得了深部开采三类冲击地压的前兆信息特征,给出了以深部开采冲击地压类型为导向的监测预警及组合式卸压解危方法,研发了钻孔施工与预警同步一体化技术。结果表明:① 深部应变型冲击地压是围岩系统能量积聚大于能量释放与耗散之和的结果;与浅部开采相比,深部坚硬顶板破断释放的变形能明显增大,以及深部断层更易发生错动滑移;② 深部应变型和深部坚硬顶板型冲击地压的冲击倾向性评价需在国家标准基础上分别增加卸围压冲击能速度指数、煤岩组合冲击能速度指数,而对于深部断层滑移型冲击地压,这两个指标均需增加;③ 深部应变型和深部坚硬顶板型冲击地压监测预警应以能量和应力判据为主,但深部断层滑移型冲击地压应以能量判据为主;④ 深部应变型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、大直径钻孔、断底和煤层注水;深部坚硬顶板型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、深孔断顶爆破、大直径钻孔、断底和煤层注水;深部断层型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、大直径钻孔和煤层注水;⑤ 采用钻孔施工与预警同步一体化技术,可在钻孔施工过程中通过监测煤粉量和应力变化信息,对施工过程中可能发生的冲击危险进行同步预警。煤矿深部开采冲击地压防治作为一个复杂的系统工程,以科学分类为基础的系统防治技术体系仍是深部开采冲击地压需要重点攻关的研究方向。     

冲击地压发生的影响因素与微震监测可视化研究

济宁三号煤矿深部开采深度超过600 m时，开始出现了冲击地压事故，并且随着开采深度的持续增加，这种灾害越来越严重，往往导致重大的人员伤亡和财产损失。“煤—围岩”系统构造的复杂性、地质构造的不确定性等因素，使得冲击地压发生机理十分复杂、影响因素颇多。根据该矿的地质条件，系统研究了地质构造诱发冲击地压的机理，分析了“断层蠕动”效应及褶皱受力状态，认为煤层的开采深度对冲击地压的发生起主导影响；同时，也分析了最大主应力及工作面回采时次生应力的变化情况，为冲击地压重点区域的监测提供数据支持。利用微震监测系统与Surfer软件对冲击地压的重点发生区域进行预测，预测结果能清晰地阐述该矿冲击地压的发生规律，为冲击地压灾害的防治提供了依据和理论指导。     

深井冲击地压回采巷道围岩变形破坏规律研究

为了掌握深埋坚硬特厚煤层冲击地压作用下的巷道围岩变形规律，为深部矿井深化冲击地压防治提供依据，采用理论分析、FLAC3D数值模拟及现场试验等综合手段，研究了胡家河煤矿回采期间受冲击地压影响的402102工作面回风巷围岩冲击变形破坏机制及破坏规律。研究结果表明：深部条件下回采扰动达到一定程度后，巷道围岩变形会急剧增长，距离工作面越近，变形变化趋势越大，顶板围岩受超前支护影响变形趋于平缓，最大围岩位移量达180mm|在距离工作面前方45～55m范围内，巷道围岩受采动影响剧烈，围岩变形明显，主要表现为顶板及煤柱侧围岩变形，且顶板围岩塑性区破坏深度达3m以上。     

煤矿冲击地压与冒顶复合灾害研究

随着煤矿向深部发展,矿井动力灾害既表现出冲击地压的部分特征,又表现出冒顶的部分特征。2种典型的灾害打破以往冒顶与冲击地压的发生具有一种互为逆向性的认知规律,在深部高应力煤巷,特别是留顶煤巷道中出现了相互诱导、复合发生的新灾害类型。在总结山东、山西和新疆矿区典型巷道冲击致顶板(顶煤)动力灾害特征的基础上,提出了深部巷道冲击地压与冒顶复合灾害的概念、机理与分类,指出复合灾害机理关键点在于揭示巷道整体系统和破碎区子系统的稳定原理及其2者间的相互影响。建立了巷道发生复合灾害的力学模型,根据扰动响应失稳判据,提出并得到了巷道发生复合灾害的临界应力Pcr、临界软化区半径ρ_cr和最大容许采扰应力增量σ_max,厘清了灾害发生的主控因素,分析了煤岩冲击倾向指数K、支护强度ps、巷道半径ρ₀、煤岩强度σ_c等对灾害发生的影响规律,同时阐明了围岩塑性软化、破碎深度随地应力增加的发育规律。研究结果表明,破碎发育巷道的动力失稳主体为弹性区、软化区与破碎区构成的不稳定系统,垮落主体为破碎区;稳定的破碎区提升了巷道冲击启动临界值,使其启动难度增大,但破碎区的发育又易引起顶煤垮落;巷道稳定支护是解决复合灾害的关键,科学合理支护既能有效调控围岩破碎防冒,又能提升冲击启动临界值。通过理论研究,揭示了巷道冲击地压与冒顶复合灾害的发生机理,阐明了巷道软化与破碎区及其稳控支护对深部破碎发育巷道动力灾害防治的重要性。     

义马煤田冲击地压发生的地质规律

为了科学指导矿井防冲工作,利用统计学原理,通过收集200余个钻孔资料、深部井巷素描,绘制了相关地质因素等值线与冲击地压事件关系图等,分析了引起义马煤田冲击地压的地质原因,研究了主要地质因素的作用规律。结果表明:冲击地压是地质因素与采矿因素综合作用的结果,义马煤田地质因素对冲击地压具有主导作用;冲击地压与顶板砾岩厚度、煤层厚度、开采深度等呈正相关关系,与距F16断层距离呈负相关关系;"两硬一软"、煤层上硬下软、底更软的煤岩结构是义马煤田冲击地压发生在煤巷段且以底臌冲击破坏居多的主要原因;义马向斜核部和紧邻F16断层的条带受巨厚砾岩传递应力、构造应力、特厚煤层膨胀应力等耦合作用,具有强冲击地压危险性。     

崩塌地质灾害岩体结构与变形特征分析研究

针对发生崩塌灾害后岩体结构发生变化,导致周围路段地质灾害频发的问题,提出了崩塌地质灾害岩体结构与变形特征分析方法。介绍研究区域的基本情况,结合实际勘察结果,确定具有代表性的崩塌灾害后岩体为研究对象;通过扫描电子显微镜观察岩体微观结构,分析崩塌灾害下岩体结构,模拟岩体变形特征,实现崩塌地质灾害岩体结构与变形特征分析。研究结果显示,崩塌灾害发生后,该区域岩体存在大量裂缝,在岩体自重的作用下形成拉张折断破坏模式,并且因为岩体中紧密镶嵌角砾与胶结结构,导致晶体挤压错位明显;由于岩体受到崩塌灾害影响和长期处于蠕变状态,导致岩体上部弯曲变形,严重威胁周边公路与居民安全。