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。     

基于钻孔电视探测的井筒围岩块体识别及其稳定性分析方法

:深部地质构造与浅部相比更加复杂,获取精确的工程地质信息是深竖井安全、高效施工的关键.以新城金矿新主井－９３０~－９４６m 段施工为背景,为获取新主井深部详细的地质信息,利用钻孔电视采集地质钻孔内的围岩表面节理图像,使用孔内电视图像分析软件对所采集的图像进行节理分析、处理,获得钻孔围岩节理面产状;应用 Dips软件确定围岩优势节理产状,利用 UnWedge对围岩潜在楔形块体进行稳定性分析,借此建立井筒围岩结构面识别及其稳定性分析方法.应用该方法对新城金矿新主井井筒进行稳定性分析,结果表明:在－９３０~－９４６m 区间内块体安全系数最小为１９．７５,切割深度为１．０１ m,井筒围岩块体均处于稳定状态,无掉落风险.     

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。     

晒旗河磷矿掘进巷道工作面钻孔卸压参数优化

岩爆是困扰晒旗河磷矿安全开采的主要技术难题,该矿钻孔卸压参数与围岩应力分布不匹配,卸压效果有待提高。以该矿+80 m工作面为研究对象,采用数值模拟对掘进巷道工作面不同钻孔卸压参数下巷道围岩的应力和弹性能变化情况进行分析,探寻最优的卸压钻孔参数方案。引入谷-陶岩爆判据,计算最大主应力和单轴抗压强度的比值,评价卸压钻孔参数优化前后的岩爆等级,验证钻孔卸压效果。研究结果表明:随着钻孔深度的增加,巷道围岩应力先减小后增大,当钻孔深度为10 m时,围岩应力和弹性能最小;在保持钻孔数量不变的情况下,钻孔间距过小,钻孔周围形成的卸压区域重叠,整体卸压范围受限,钻孔间距过大,每个钻孔间形成的卸压区域无法起到协同卸压作用。卸压钻孔参数优化后最大主应力下降了14 MPa,岩爆风险等级由中等岩爆降为无岩爆。研究结果可为鄂西地区类似矿山卸压钻孔参数的选用提供参考。     

西鞍山铁矿深部立井围岩稳定性数值模拟分析

针对西鞍山铁矿辅助井开挖诱致井筒围岩变形破坏问题,以700～1 000 m深度范围辅助井掘进为依托,运用FLAC3D有限差分模拟软件对竖井开挖过程进行了三维数值分析,阐明了不同深度辅助井开挖诱致井筒围岩变形破坏演化特征,揭示了辅助井掘进过程井筒掘进工作面支护效应下围岩应力及位移释放规律,分析获得了辅助井掘进诱致井筒围岩弹性应变能积聚、迁移与释放演化机理。研究表明：在辅助井开挖过程中,井筒围岩塑性区破坏方式以剪切破坏为主,塑性区范围随着竖井掘进深部的增加不断增加,且最大主应力峰值位置位于井筒围岩弹、塑性区交界处;井筒围岩径向位移随深度呈线性增加,最大径向位移值为90.64 mm,且最小水平主应力方向围岩位移大于最大水平主应力方向;随着竖井掘进深度增加,井筒掘进工作面以上距其2 m位置井筒围岩应力释放率达到95%,且井筒围岩径向位移随距井筒掘进工作面距离增加呈非线性增加,并在距井筒掘进工作面24 m处径向位移达到最大;受开挖扰动影响,井筒围岩弹性应变能密度呈非线性增加,并根据岩爆判据预测竖井掘进至1 050 m处井筒围岩存在岩爆发生可能性。     

新城金矿新主井深孔爆破技术

根据新城金矿新主井井筒穿过的岩石性质和岩体特征,通过现场地质调查和工程现场所具有的设备条件,对新主井爆破设备选型、炮孔空间布置、相关参数选定以及爆破施工过程进行研究和实践探索。提出了周边光面爆破、深孔爆破和等深锅底形布孔在深竖井开挖施工中的重要作用,并设计出合理的爆破参数。阐述了保证新城金矿深竖井开挖有效进行的施工方案,总结了新城金矿深竖井施工爆破的关键技术要素,在新城金矿新主井深孔爆破中取得了良好的爆破效果,也可为类似深竖井深孔爆破提供技术依据。     

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。     

深竖井开挖施工工艺优化与数值模拟分析

深竖井开挖过程中，随着开挖深度的增加，围岩应力集中现象愈加明显，容易导致围岩失稳和井壁衬砌结构开裂或破坏。为了让竖井开挖过程中围岩的应力、位移得到充分释放，在新城金矿-930 m深竖井施工过程中，提出“三掘一砌”的施工工艺，并与原“一掘一砌”的施工工艺作对比。研究结果表明：①改进工艺中围岩压力得到有效释放，衬砌的安全系数明显提高，有利于深部井筒的稳定性；②由于施工工艺的改变，井筒围岩暴露面积增大，导致该处井筒衬砌比原工艺衬砌所承受的应力更大。因此，现场施工工艺转变应逐步实现，以免造成局部应力集中。     

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。     

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。     

深部开采高地应力区钻孔卸压数值模拟及应用

为防治三山岛金矿深部开采高应力作用下诱发的岩爆灾害,设计卸压钻孔方案减小水平地应力对围岩的影响。运用FLAC3D建立深部高应力巷道钻孔卸压的数值模型,分析了巷道钻孔卸压过程中采场周围岩体的应力和弹性应变能的变化。结果显示:钻孔卸压后,巷道水平和垂直方向最大应力有效转移,使巷道顶板和两帮应力均有显著下降,巷道围岩整体变形量减小,对缓解岩爆等地压灾害具有明显效果。现场布设的围岩应力监测系统显示,随着卸压钻孔的推进,围岩应力明显减小,证实钻孔卸压方案达到了卸压效果,提高了围岩稳定性。     

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．     

深井软岩巷道底鼓机理与钻孔卸压技术研究

为解决深井开采条件下软岩巷道的底鼓问题,以青云煤矿020202运输平巷为工程背景,建立巷道底鼓力学模型,理论分析了巷道底鼓的特征及其影响因素,通过分析得出:在岩石处于极限平衡的塑性状态下,当集中应力超过岩石的承载能力后,平衡状态被破坏,底板岩石沿底板剪切滑动面被挤出,最终达到新的平衡,从而引起底鼓。通过弹塑性理论分析得到卸压范围与巷道底鼓量之间的关系,并根据煤矿实际地质条件,提出巷道帮部钻孔卸压的方法,使巷帮应力峰值点向深部转移。采用FLAC~(3D)数值模拟方法,分析了不同卸压钻孔深度对巷道围岩应力场、塑性区及顶底板位移的影响,最终确定卸压钻孔合理深度为4 m。现场工业性试验结果表明:巷道围岩变形得到了有效控制,取得了较好的经济效益。     

开卸压槽防治岩爆的数值模拟研究

随着人类岩石工程逐渐向深部发展,高地应力导致的岩爆灾害日益凸显,而开卸压槽或是主动降低围岩高地应力、防治岩爆的有效措施之一。为研究开卸压槽对岩爆的防治效果,本文利用离散元数值模拟方法对巷道中不同开槽卸压方案进行了对比分析。研究结果表明：开挖后的巷道围岩环向应力增大、易发生岩爆,在围岩中开槽可在卸压槽周围形成三角形的应力降低区,并将高应力区转移到卸压槽底部,从而达到防治岩爆的效果。但开槽卸压的效果会受其具体位置影响,且在地应力较高（≥50MPa）时,单独开卸压槽会造成局部围岩破碎,破坏围岩的完整性、进而诱发岩爆。此外,水平侧压力系数较小时,在不同位置开槽释放的弹性应变能近似相等,水平侧压力系数较大时,在巷道顶板处开槽能量释放效果要优于巷道侧帮开槽。因此,在实际工程中,应根据巷道围岩的地应力条件（地应力大小、侧压力系数等）和围岩稳固性选择合适的开槽方式、开槽位置和支护方式来防治岩爆。     

纱岭金矿千米以深回风井壁后注浆技术

针对纱岭金矿千米以深回风井井筒围岩破碎(Ⅳ～Ⅴ级)、高角度(70°)裂隙发育及高水温(50℃)等复杂地质条件下的井壁淋水问题进行深竖井壁后注浆设计。以井筒工程地质条件、水文地质条件为基础,通过现场调查和声波探测确定已衬砌井筒壁后塑性区分布范围及形态特征,借此设计壁后注浆钻孔结构参数(深度、直径、间距),进一步优化井筒壁后注浆材料选择、注浆方式和注浆参数,以改善注浆工艺,提高注浆效率。工程实践表明:采用高性能注浆材料并改进注浆技术,基于塑性区理论进行壁后注浆,使井壁淋水总量控制在5 m3/h以内,注浆堵水率达到90%,壁后注浆效果良好,为类似矿山超深井筒壁后注浆提供参考依据。     

基于声发射RA-AF值识别不同岩爆倾向性灰岩破裂特征

岩爆已成为深部工程开挖中普遍关注的地质灾害之一,针对某铜矿竖井开拓及深部回采过程中可能诱发的岩爆灾害,对取自同一地质钻孔不同埋藏深度的灰岩岩芯试样开展单轴加载声发射试验及单轴加卸载试验,基于多重岩爆倾向性判据综合评价不同埋深灰岩岩样的岩爆倾向性强弱等级,结合声发射RA-AF值演化特征及宏观破裂形貌识别不同岩爆倾向灰岩的破裂特征。研究结果表明:同一钻孔灰岩的岩爆倾向性强弱程度随着埋深梯度的增加逐渐增强;随着岩爆倾向从无—弱—中等—强,单轴加载过程灰岩AF值整体呈减小趋势,而RA值呈增大趋势,RAAF值分布由原点集中型向逐渐贴近RA轴演变;不同岩爆倾向灰岩宏观破裂形态与RA-AF值识别结果具有一致性,岩爆倾向性愈强剪切破坏作用愈显著,破裂形态由张拉破坏为主转为以张剪破坏为主。研究结果可为深部开采岩爆破坏形式以及岩爆灾害的预防提供理论依据。     

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。     

玲珑金矿深部开采岩爆倾向性评价

根据室内岩石力学试验结果来评价岩爆的倾向性,是一种既有效又经济的方法。通过对玲珑金矿深部岩石进行单轴压缩试验、巴西劈裂试验、单轴循环加载试验和单轴与三轴刚性试验,采用脆性系数法、弹性变形能指数法、线弹性能法和冲击能量指数法评价了玲珑金矿深部开采岩爆倾向性。结果表明,该金矿深部开采具有强岩爆倾向性。     

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。     

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。