岩石应力松弛试验及两类岩爆研究

对岩石峰值载荷后的松弛试验发现具有两类岩爆：一类是本源型岩爆;另一类是激励型岩爆。两类岩爆概念的提出,是对现有认识的发展。应力松弛行为与岩爆的强弱程度具有内大联系,可以引入松弛系数Ｒ来描述岩爆冲击倾向,当Ｒ〉１时无冲击倾向;当０．７５≤Ｒ≤１时,有轻微冲击倾向;当Ｒ〈０．７５时,有严重冲击严重冲击倾向,图４,表２,参４。     

应力松弛岩爆试验及演化模型研究

针对硬岩应力松弛特性及岩爆研究的不足,对具有岩 爆倾向性的辉长岩开展了单轴压缩应力松弛岩爆试验,得出 了两类应力松弛规律和岩爆演化过程,建立了应力松弛模 型,定义了应力松弛损伤变量,分析了应力松弛岩爆过程与 机理。结果表明,应力松弛岩爆过程可分为两类:第一类经 过迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,此类可能发生 轻微到中等的局部岩爆,且集中在衰减阶段出现,最终趋于 稳定;第二类经过逐渐衰减、迅速衰减和丧失3个演化阶段, 全过程均伴随有轻微到中等岩爆发生,最终发生强岩爆或整 体爆裂。整个应力松弛岩爆经历了裂纹萌生、扩展、贯通、爆 开、颗粒和岩片弹射等复杂过程,直至最终发生整体爆裂。 分数阶模型能较好反映第一类松弛演化阶段,其对预测分析 符合此应力松弛规律的轻微到中等岩爆是适合的,但不能反 映第二类松弛岩爆演化过程。依据定义的应力松弛损伤变 量,第一类应力松弛岩爆过程经过加速损伤、缓慢损伤和稳 定3个演化阶段,第二类经过缓慢损伤、加速损伤和失稳岩 爆3个演化阶段。研究结果对岩爆机理、预测预警及硬岩长 期稳定性分析等具有很好的指导作用。     

岩爆硬岩应力松弛特性试验研究

针对硬岩应力松弛特性及监测研究的不足,基于全过程超声波监测,开展了具有岩爆倾向性的辉长岩试样单轴压缩峰前应力松弛试验,得出了硬岩峰前应力松弛特性和超声波波形规律,建立了应力松弛模型,定义了应力松弛能量耗散率指标,探讨了应力松弛过程的能量储耗,得出了基于应力松弛试验的岩石均质度的确定方法。结果表明,硬岩应力松弛过程经历了迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,应力松弛度非常低;Burgers模型能较好的反映硬岩的应力松弛特性,可用于实际工程长期稳定性分析中;在加载应力水平为其单轴抗压强度的70%以内时,其应力松弛过程的波速未发生变化,首波波幅均在11～12mV之间起伏波动变化,可结合超声波监测揭示其应力松弛过程中的变形损伤演化进程,研究成果对硬岩长期稳定性分析、预测及岩爆监测预警具有很好的指导和借鉴意义。     

诸永高速公路白鹤隧道岩爆预测与防治研究

岩爆问题为深埋隧道施工开挖常见问题,其产生存在一定的灾害性,处理不当,容易对人身安全、施工安全造成极大的威胁,因此遇到深埋隧道,施工前应进行相应的预测及地应力测试.对岩爆防治问题进行探讨,提出预测方法和防治对策,对防止岩爆的发生、保证生产安全具有一定的理论意义和实践价值.     

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.     

基于岩爆发生条件的原岩应力反分析方法

岩体中存在大量的微裂纹,岩爆发生时,塑性损伤区内微裂纹扩展生成宏观裂隙,从而有岩块脱离并崩出。通过测定崩出岩块的厚度,估算出塑性损伤区深度。统计多个巷道发生岩爆时崩落最大岩块厚度、巷道半径和塑性区半径,得到崩落岩块厚度与塑性损伤区深度的比值k0的关系式。根据损伤力学和极值点失稳理论,对圆形洞室岩爆进行解析分析,进而对岩爆的解析解做了进一步简化,可通过简单的测量岩爆时巷道半径,岩石的相关参数,快速反算出原岩应力的大小,从而形成一种新的原岩应力反分析方法。此方法计算岩爆远场应力值与已有原岩应力实测值基本一致,对发生岩爆的远场应力分析具有参考价值。     

凡口矿深部高应力区岩爆防治研究

岩爆的预防和控制对深部高应力区矿床的安全开采具有十分重要的意义。根据凡口铅锌矿深部矿岩体的物理力学性质及地应力场特性,对凡口矿深部矿床开采的岩爆防治措施进行了研究,并应用三维弹塑性有限元程序对各种防治措施引起的应力分布进行了数值模拟分析,以期为凡口铅锌矿深部矿床开采的岩爆控制提供决策依据。     

不同应力环境下巷道开挖卸荷岩爆模拟实验研究

采用Plaxis 3D数值模拟软件,以应力环境对巷道岩爆的影响问题为切入点,从位移云图、应力应变曲线和塑性点分布等方面开展不同应力对巷道岩爆问题的研究工作,为巷道岩爆预防及治理提供研究基础。研究结果表明,巷道开挖卸荷过程中,圆形巷道左右两侧同时出现了应力集中和位移集中,此部位最易发生岩爆。开挖过程中,根据周围岩体距巷道侧壁的厚度的关系,可将开挖操作对周围岩体的影响划分为"开始变大"、"明显增大"、"急剧增加"三个区域。巷道的左右两侧壁会产生高应力集中区和位移集中区,最大应力随着水平应力的增加呈线性增长,巷道发生位移集中区域的面积与水平应力呈指数型正相关关系变化。位移集中区域中心与巷道侧壁的距离是圆形巷道半径的2/5,随着应力的增加,位移集中区域向周围扩张,岩爆的程度及影响范围也随之增大。     

岩爆的应力解释与新预警方法

以大量的实际工程资料为依据，通过系统的理论分析．提出了洞窟周边各向应力均达到或超过洞窟周边岩体极限压碎强度时就会发生岩爆的见解．给出了新的岩爆预测方法和洞窟周边各向应力计算方法。     

岩爆倾向性巷（隧）道围岩破裂的试验研究

针对硬岩岩爆问题,研制岩爆倾向性材料和断面围岩成形和卸荷的一体化装置,同时为得到因钻爆法或TBM施工造成的围岩损伤对岩爆破裂的影响,在围岩左侧帮预制与临空面平行的非贯通裂隙,制作物理模型,对具有岩爆倾向性的方形巷（隧）道围岩破裂模式进行物理模拟试验。通过数值试验,对比分析含裂隙（损伤）围岩与完整围岩破裂演化的特点。结果...     

基于不同应力的水力裂缝形态试验研究

为了研究压裂后的水力裂缝形态,以相似材料成型的试件为压裂对象,利用水力压裂装置,开展了不同应力条件下的水力压裂试验。研究结果表明:二维应力条件下,水力压裂形成单一裂缝的概率大于复杂裂缝的概率;裂缝形态的复杂性与试验应力有关,当三向应力(最大水平主应力、垂直应力、最小水平主应力)的值相差较大时,容易形成单一裂缝形态;当三向应力中有2个值相近,且均与第3个应力相差较大,则容易形成复杂裂缝形态;复杂裂缝形态中的分支缝与最大水平主应力存在不同的夹角,但均沿平行于最大水平主应力的方向扩展;在同一应力条件下,不同试件压裂产生的裂缝形态也不尽相同,与试件的均质性、压裂液的流动路径、破裂面的特征有关。     

巷道群冲击地压数值模拟研究

 针对巷道群开挖过程中可能发生的冲击危险性,应用FLAC数值模拟对巷道群分步开挖过程中不同煤柱宽度对巷道变形破坏模式的影响进行数值模拟研究,模拟得出巷道群开挖造成巷道围岩周围产生应力叠加,而且当相邻巷道煤柱宽度相同时叠加现象最为明显。随着开挖巷道的密集,对应的侧向支承压力峰值及峰值位置都增大,并且影响范围也随着煤柱宽度的减小向巷道群附近围岩不断地发生转移,对于合理预测巷道群冲击地压危险区域具有一定指导意义。     

基于信念网络的岩爆倾向性预测模型研究

为了在岩爆预测精确度和工程实用性之间寻找平衡点,提出基于信念网络的岩爆等级预测模型,综合考虑岩爆的发生机理和目前已有的判别依据,选取最大切向应力与岩石单轴抗压强度比值等因素作为评价指标。在专家论证的样本数据集的基础上,采用梯度下降法对输入不完备信息进行预测优化;应用NETICA软件对已有的样本信息进行统计训练后获得节点间的概率分布,分析了各判据节点与目标节点的敏感度。利用该预测模型对工程实例进行分析预测,验证了模型的可行性,为岩爆等级预测提供一种新的方法和途径。     

基于模糊综合评价的冲击矿压危险性信息平台研究

基于层次分析法、模糊数学原理建立冲击矿压危险性评价模型,以该模型为算法利用C#语言及SQL SERVER数据库建立冲击矿压评价系统,最后,通过ArcGIS二次开发,形成煤矿冲击矿压危险性信息平台,并应用到工程实践。     

水环境影响下花岗岩巷道岩爆红外辐射特性试验研究

以红外热像仪为观测手段,在室内进行了自然和饱水状态下花岗岩试样的巷道岩爆模拟试验,对水环境效应下花岗岩巷道岩爆的红外辐射特性进行了研究.研究发现饱水试样岩爆发生剧烈程度有所减弱,能量释放速率更为缓慢.水环境影响下,岩石试样的红外三种辐射温度(平均、最高、最低红外辐射温度)具有不同的变化规律:岩爆过程中,饱水花岗岩AIRT与载荷的关系更为密切,增温幅度大于自然试样.在岩爆发生时,饱水花岗岩MAIRT升温幅度小,MIIRT的下降幅度大于自然状态下试样.该研究为地下工程中岩爆红外辐射预警技术提供理论基础.     

掘进工作面冲击地压危险性微震法研究

为了研究掘进工作面冲击地压危险性,以徐矿集团张双楼煤矿为研究背景,对74104工作面的3条掘进工作面进行微震,利用微震法研究了冲击地压危险性。研究表明,切眼掘进工作面超前影响范围为35~58 m,材料道西掘进工作面超前影响范围为18~76 m,材料道东掘进工作面超前影响范围为44~120 m;矿震强度受到掘进工作面与F1断层的距离影响,距离越近,矿震频次能量就越高。并针对此种情况提出了更为合理的巷道支护措施,保证了74104工作面的顺利安全掘进和回采。     

超临界CO_2驱替瓦斯的试验研究

对常规CO_2和超临界CO_2驱替瓦斯的效率进行了试验研究,得到了不同温度下CO_2驱替效率的变化特征。研究表明,CO_2驱替瓦斯的效率随温度升高呈对数关系增长,当温度超过60℃时,常规CO_2的驱替效率才会超过50%;而同样温度下,超临界CO_2的驱替效率要提高20%以上,由此充分证明了超临界CO_2驱替瓦斯的可行性和高效性,从而为我国煤层气行业的发展和产业的创新提供一定的经济基础。     

基于组合赋权-改进集对分析的岩爆倾向性预测研究

岩爆是地下工程中的主要地质灾害之一,具有强破坏性、不确定性、突发性等特点。为准确、有效地预测地下工程中的岩爆倾向性,基于组合赋权-改进集对分析理论,建立了岩爆倾向性预测模型。首先从岩性、应力、围岩3个方面确立预测指标;其次利用组合数有序加权平均算子赋权法（Combination Weighting Averaging,C-OWA）、关联准则重要性赋权法（Criteria Importance Though Intercrieria Correlation,CRITIC）、博弈论分别计算出主观权重、客观权重,组合权重;最后将传统集对分析理论中的三元联系度改进为四元联系度,用改进后的集对分析理论计算出综合联系度来预测出岩爆等级。将该模型应用于西藏甲玛铜多金属矿等工程的岩爆倾向性预测中,得出该矿的综合联系度为[u1=-0.302 9],为弱岩爆,与实际相符。研究表明：所建立的模型适用于岩爆倾向性预测,与交互式多准则决策预测模型和逼近理想解排序法预测模型对比,准确性、可靠性较优,为岩爆倾向性预测提供了一种新的途径。     

基于AdaBoost-BAS-SVM模型的岩爆预测研究

岩爆是发生在深埋地下高应力岩体开挖工程中的一种动力破坏现象,作为矿山开采过程中的主要工 程地质灾害之一,其等级预测是必须解决的岩石工程的重大问题。综合岩爆预测过程中多因素影响,选取 σθ/σc、 σ c/σt、Wet作为岩爆等级预测指标。通过利用天牛须搜索（BAS）算法解决支持向量机（SVM）中的重要参数 C 与 gamma 择优问题,并引用 AdaBoost 集成学习算法对 BAS-SVM 弱学习器进行强化训练,解决了单一分类器不稳定问题, 最终建立了 AdaBoost-BAS-SVM 岩爆等级预测模型。通过收集到的 194 组实例数据对该模型进行训练测试,并与 SVM、BAS-SVM、AdaBoost-SVM 3 组模型进行结果对比。结果表明：该模型较其他 3 组模型预测准确度更高,其收 敛性能明显提高,可有效、快速地预测岩爆等级。