综采面直接顶块裂介质岩体稳定性及其控制研究

本文根据直接顶裂隙系统和破坏冒顶特征，建立综采面块裂介质岩体力学模型，应用赤平投影方法解算块裂介质岩体稳定性，进而提出有效控制冒顶的技术措施。     

论岩体力学的地质基础

岩体的力学作用和力学性质明显地受岩体结构、岩性及岩体赋存条件,特别是地应力控制着。因此,根据岩体结构、岩性及地应力对岩体中应力传播、岩体变形及破坏所具有的力学效应特点,可将岩体分为块裂介质、碎裂介质及连续介质等三种力学介质。岩体力学是由块裂介质岩体力学、碎裂介质岩体力学及连续介质岩体力学共同组成的力学体系。     

裂隙岩体渗流耦合模型及在三峡船闸分析中的应用

根据岩体实际性状，提出了基于块裂介质和拟连续介质的裂隙岩体三维渗流耦合数学模型，并编制了三维有限元程序，最后以三峡高坡为工程算例，验证了所提出的数学模型基本上是合理、可信的。     

块裂介质岩体变形与气体渗流的耦合数学模型及其应用

在详细论述岩体基质岩块与裂缝变形,气体渗流及相互作用物理机制的基础上,提出了块裂介质岩体变形与气体渗流的耦合数学模型及其数值解法,这是岩体介质固气耦合数学模型的重要发展,以含裂缝煤层瓦斯抽放为例,通过数值分析,揭示了含裂缝煤层瓦斯在基质岩块和裂缝中运移,传递和交换,伴随的岩体裂缝和基质岩块变形和应力分布,及其对瓦斯气体运移的相互作用影响规律。     

板裂介质围岩中的隧道衬砌与围岩相互作用机理

围岩的破坏，通常所指的是张破坏和剪破坏。在岩体力学中，岩块沿着结构面滑动，剪切带内岩体决滚动，已经披认为是常规的岩体破坏机制。但还有几种破坏形式屡见不鲜，如层状围岩中的倾倒变形、溃屈破坏和地下顶板发生弯折破坏等。这几种破坏的特点是层间错动极为发育，它将坚硬的岩层分割成板状或碎裂状结构。孙广忠先生将此类围岩结构称为板裂结构。其中渍屈和倾倒变形是板裂结构所特有的两种破坏形式，是结构失稳的表现。结合工程实例对板裂介质围岩中的隧道衬砌与围岩相互作用机理进行了研究与验证，其成果可为板裂介质围岩中的工程衬砌设计提供技术指导。     

块体理论的发展

块裂结构岩体是由软弱结构面切割面成，其变形和破坏受软弱结构面控制。块体理论正是针对这种介质发展起来的一种岩体工程分析的新方法，研究对象是具有明显滑动面的空间岩体运动。本文对块体理论的发生和发展过程进行了综述，并对今后的进一步发展提出了一些看法。     

综采面直接顶块状松散岩体冒顶之分析与防治

在破碎顶板冒顶现场防治实践和模拟实验结果基础上，建立和分析直接顶块状松散岩体冒顶力学模型，提出有效防治块状松散岩体冒顶的方法。     

块体理论与数值模拟结合应用于块裂岩质边坡稳定性分析

由于结构面的存在,块裂岩质边坡的完整性遭到破坏,并且岩体的力学性质和应力分布也直接受到影响,因此块裂岩质边坡稳定性分析十分复杂。块体理论是近年来发展和完善的一种适合于岩体稳定性分析的较行之有效的分析方法。但块体理论不能充分反映岩体结构面间的相互作用,而数值分析模拟具有可充分考虑岩体结构面间的相互作用的特点。应用块体理论,判识可移动块体类型及失稳模式,在确定可移动块体的基础上,结合数值分析模拟,对边坡稳定性进行分析,并且揭示块裂岩质边坡的失稳机理,为块裂岩质边坡稳定性分析提供一条新途径。     

采场块裂体滑落冒顶的矢量分析

本文采用矢量计算法解算采场块裂结构块体滑动力、抗滑力及关键块体保持稳定所需的支架水平支护力，并在分析有关影响因素基础上确定滑落冒顶的控制原理与技术措施。     

工作面端头的断裂力学和支护技术

众所周知,工作面端头的支护必须完成三项任务:当必须拆出工作面出口处的巷道拱形支架的一部分构件时,应能稳定支架其余部分;必须防止围岩冒顶和片帮;防止倾斜煤层中的顶、底板移动。通过井下观察,巷道围岩中的松裂岩体可分成两类:裂缝岩体(图1左)及裂纹岩体(图1右)。     

层状岩体爆破损伤断裂机理分析

分析了岩体交界层面之间具有黏结力的层状岩体的受力状况和爆炸应力波在层状岩体中的传播过程，比较了应力波在同一介质和不同介质、在相同传播距离的衰减状况．分析表明，层状岩体的断裂损伤是爆炸应力波的动作用和爆生气体静作用共同作用的结果，爆生裂纹可以在比以往理论预测值更低的气体压力作用下起裂和稳定传播，从而使气体的作用表现的更有效．     

假顶法施工处理井巷冒顶

假顶法施工处理井巷冒顶青海省矿山建设工程公司在陕西银矿罐笼井施工期间，因９３０水平中段马头门岩体破碎，形成大冒顶。在处理该事故中，先后采用＂撞楔法＂等特殊施工方法，均未取得成功，最后采用混凝土假顶法处理冒顶，取得了很好的效果。陕西银矿罐笼井穿过岩体主...     

块裂结构岩体中的三维应力传递

利用岩石力学中碎裂介质理论提出的方法,研究了应力在三维块裂介质中的传递规律.根据矿山地下开采中采场上方一定范围内岩石破断后可能形成的块体形状,把破断块体抽象成具有一定长、宽、高和破断角的规则块体,建立了采场上覆岩层三维块裂介质力学计算模型;借助应力计算理论,研究了自重应力在三维块裂介质模型中的传递规律,得到了相应的三维应力计算公式.块裂介质中块体自重产生的三维应力大小受计算位置上方岩块数量、岩块密度以及岩块的长、宽、高、破断角等几何参数的控制,同时还与块体的重力分解系数有关.     

冲击气压对含层理泥岩致裂形态的影响规律及声发射响应

为获得高压空气冲击致裂煤岩增透过程的动态响应特征，利用自研的高压空气冲击致裂煤岩体真三轴实验系统，开展了各冲击气压下高压空气冲击致裂含层理泥岩实验，得到了泥岩致裂形态规律及在致裂过程中动态破坏特征。实验结果表明：高压气体冲击致裂泥岩过程呈现4个显著阶段，分别为气压上升阶段、气压衰减阶段、气压回升阶段、气压持续降低阶段；当冲击气压较小时，试块产生沿层理的裂缝，当冲击气压增大时，试块出现跨层理破坏，当冲击气压为28 MPa时，试块出现大量的破坏孔洞；声发射信号特征分析发现，随着冲击气压的增大，声发射信号覆盖频段越宽，从RA-AF分析中发现，试块破裂以张拉破坏为主、剪切破坏为辅。     

基于分形理论的10煤底板岩体结构类型划分

在研究袁店一矿地质条件的基础上,利用几何分形理论绘制岩体结构分布图,进而对103采区底板岩体结构的类型进行划分。结果表明:采区内大部分的岩体结构都是破碎的或是块裂的,只有部分区域岩体结构属于松散或是完整的。     

用离散元法分析裂隙岩体边坡的倾覆

离散元法(DEM)是检验裂障岩体边坡稳定性的最适宜的方法之一。此类裂隙岩体系由许多张开节理所切割的岩块组成。作者观测到一些裂隙岩体边坡的倾覆,并用离散元法分析结果加以对比。     

顶板冒落定位的声发射监测技术

针对矿山开采过程中存在的采场冒顶问题，采用声发射监测技术，通过对岩体声发射特征的分析与冒顶预报不准原因分析和改进，结合地质结构分析，利用简易的定位方法，采用多台仪器实行多点声发射监测，较好地解决了采场冒顶的准确定位预报问题。     

板裂介质岩体边坡的后屈曲性态

应用板裂边坡介质力学计算模型，在边坡岩体屈曲性态和变形因素分析的基础上，研究了层状边坡在分叉点附近的邻域，探讨了结构分叉后平衡路径的演化途径；应用后屈曲能量准则建立的平衡稳定模态幅值方程，充分考虑屈曲岩层自重的法向分力对边坡稳定性的影响，得到一般情况下板裂介质岩体边坡溃屈极限长度方程；给出了任意倾斜角度边坡溃屈极限长度和模态幅值的极值，并以此作为岩体边坡稳定性的位移判剧．研究表明：分叉点附近的邻域与边坡坡角、岩体材料及结构几何特征有关；边坡从初始屈曲到后屈曲的变形过程中，只有当正则因子改变正负号时，系统才会从一个状态突跳互另一个状态；而由坡角确定的剖分因子始终控制着系统状态变量与载荷的对应关系，并有利于边坡岩体结构的稳定．图1，参12．     

岩体声发射智能监测设备及矿山安全预报技术

对岩体声发射智能监测设备进行了完善和改进研究,并且应用灰色系统理论,系统地分析和评估了评价岩体稳定性的声发射 参数及岩体冒顶临界值的确定方法;建立预测模型,对岩体冒顶的数列预测及矿山大规模灾害预测进行了探讨。实践证明,上述方法和采取的措施是切实可行的。     

爆炸冲击能和膨胀能破岩作用机理研究

为研究岩石破碎过程中爆炸应力波与爆生气体膨胀的作用，进行了耦合装药爆破实验。结果表明，耦合装药爆破时爆炸冲击能（Ｅｓ）和部分膨胀能（Ｅｂ）进行冲击加载，在介质中依次激起原生和次生爆炸应力波。不同Ｅｓ／Ｅｂ比值条件下，介质爆破致裂效果与破碎质量出现明显差异的主要原因，是这两个应力波加载水平发生了变化，进而影响到介质的爆破破裂行为。由此认为，Ｅｓ和部分Ｅｂ在破岩过程中所起的主要作用，是通过应力波与缺陷相互作用使岩石产生破裂的方式进行的；以（准）静态形式存在的部分Ｅｂ的主要作用，是促使爆破块度与岩体分离。