某铜矿地下开采侧帮可动块体稳定性分析

采用理论的方法分析了江西某铜矿地下开采进路侧帮的稳定性。首先提出了考虑地应力作用的可动块体的稳定性分析模型,然后根据力的平衡原理,建立了主应力及岩体结构面倾向、倾角的关系公式,并得到了可动块体抗滑力表达式。在此基础上,建立了块体沿双面滑动时的稳定性系数的表达式,计算结果显示：块体的稳定性系数值随着最大水平应力方向与回采进路方向夹角的增大而逐步减小,当最大水平应力方向与进路方向相同时,则块体的稳定性系数值增大。最大水平应力对块体稳定性的影响,主要与其应力值的大小和块体结构面产状有关。     

下向进路侧帮可动块体的稳定性力学分析

为了研究下向进路侧帮矿体在上覆充填体作用下的变形特征,在综合分析侧帮矿体与充填体交接处可动块体形成条件的基础上,应用弹性理论分析了充填体对进路侧帮可动块体的力学效应。结果表明,充填体对侧帮可动块体的稳定性影响与进路高宽比、侧帮矿体的力学性质及可动块体的滑移面倾角有关,阐明了充填体作用下下向进路侧帮可动块体的变形破坏机理,推导了可动块体顶面受充填体作用力大小的计算方法,以及可动块体在充填体作用下的稳定性系数计算方法。武山铜矿开采的工程实例应用证明了该方法的应用效果。     

煤巷层状顶板锚杆组合铰接拱支护机理数值模拟研究

离散元模拟表明锚杆支护回采巷道层状结构顶板形成组合铰接拱结构，锚杆支护机理相应称为组合铰接拱作用。竖直方向地应力使顶板岩层形成铰接拱结构，水平地应力是拱铰压碎的主要力源。分析了侧压力系数、锚杆长度、岩层厚度等因素对顶板稳定性的影响规律，表明当最大水平地应力可造成顶板破坏而最小水平地应力不能造成顶板破坏时，调整巷道走向与最大主应力平行有利于顶板稳定；锚杆长度为巷道跨度的1／2是合适的。     

地应力对煤层气井水力压裂裂缝发育的影响

以晋城矿区西部3号煤层的地应力及煤岩的力学性质数据为基础,采用数值模拟方法求解了不同地应力条件下井壁处及天然裂缝缝端的破裂压力,分析了地应力对水力压裂起裂压力、起裂位置的影响。研究发现:起裂压力和起裂位置不但与地应力方位有关,而且与地应力大小有关;随水平主应力差系数增大,天然裂缝与最大水平主应力间的夹角对破裂压力的影响程度增大。对于晋城矿区西部3号煤层,当水平主应力差系数大于0.84时,易产生较为平直的水力主缝;小于0.47时,易于产生网状裂缝;在0.47~0.84时,起裂方位与天然裂缝的分布有关。不同地区,用于判断起裂方位的水平主应力差系数不同。     

地应力与天然裂缝对煤储层破裂压力的影响

以山西晋城矿区为研究对象,运用有限元模拟方法,计算不同地应力条件下煤岩的破裂压力.分析水力压裂过程中地应力、天然裂缝对煤岩破裂压力的影响.无天然裂缝时,破裂压力随3倍最小水平主应力与最大水平主应力的差值增大而线性增大.有天然裂缝时,天然裂缝降低了煤岩的抗张强度,使压裂裂缝的启裂和延伸脱离井筒周围局部地应力的影响,破裂压力随主应力差减少而增大;天然裂缝与最大水平主应力的夹角在30°左右时,破裂压力最小,大于30°时,破裂压力随夹角的增大而增大;破裂压力随垂直于天然裂缝的正应力的增大呈指数形式变大.     

矿井深部地质环境下地应力分布差异性研究

为研究深部地质环境下地应力分布差异性特征,以龙固矿软、硬岩地应力值及数值模拟结果为基础资料,分别讨论了埋深、岩性、构造等3个因素对其影响程度。研究结果表明:大部分软、硬岩地应力值均随埋深有逐渐增大趋势,且增大速率相差不大;岩性分析中,硬岩中的最大水平主应力明显大于软岩中的最大水平主应力,且硬岩中的3个主应力差值较大,而软岩相对较小。软岩将更早处于各向等压状态;断层破碎带中地应力出现应力释放现象,应力释放对最大水平主应力值影响较大,但对最小水平主应力的影响不大。而褶皱对地应力影响作用比断层明显,尤其是对最大水平主应力的影响较大。     

块体理论在采场稳定性分析中的应用

根据块体理论，以矢量计算为基础，开发了结构面分析程序，分析了结构面对廉江银矿采场稳定性的影响，找出了廉江银矿上向进路胶结充填法采场各部位的可动块体，计算各可动块体在重力作用下所需的支护力，从而确定了采场各部位可能出现的关键块体。     

引黄入晋工程深部地应力场及其影响

山西省万家寨引黄入晋工程,是一项以地下工程为主的大型跨流域引水工程.为了解深部地应力场对工程的影响,采用钻孔水压致裂法测定不同深度地应力量值及最大主应力方向,并在此基础上,就深部地应力场对引黄入晋工程地下厂房长轴方向布设以及深埋长隧洞的影响等展开讨论.地下厂房长轴方向的选择,一般要尽可能使厂房纵轴线与主要地质结构面有较大的交角,并使厂房纵轴线与最大水平主应力(σH)方向平行或小角度相交.在高地应力场作用下,深埋隧洞的工程地质问题主要为脆性围岩岩爆和塑性围岩变形.     

初始地应力作用下岩石爆破裂纹扩展研究

为了研究初始地应力作用下的岩体在爆破时的裂纹扩展规律,本文分析了不同初始地应力情况下的裂纹扩展机理,并考虑了具有初始损伤的岩体在地应力作用下的裂隙区半径。鉴于初始地应力作用下裂隙区公式计算的复杂性,对于等向围压的岩体,引入了强度折减系数用于计算裂隙区半径,并通过ANSYS/LS-DYNA软件模拟出不同初始地应力作用下的岩体在爆破时的裂纹扩展规律,并验证公式的适用性。得出如下结论：初始地应力作用下的岩体产生的爆破压碎区呈现类椭圆状,且随着初始地应力的增大其压碎区半径有着一定的增大趋势。单向初始地应力作用下对于爆破产生的主裂纹扩展起导向作用,裂纹的长度随着初始地应力的增大而逐渐减小,表现为抑制作用;双向等压地应力作用下主裂纹的扩展趋势为沿着最大主应力方向成大致成45°角,强度折减系数的引入有效的考虑了初始地应力作用下的岩体裂隙区半径;不等向初始地应力的裂纹扩展方向为沿着岩体最大主应力方向成一定角度,当一侧围压固定不变时,该角度会随着另一侧围压的改变而逐渐增大或者减小。     

真三轴应力条件下钻孔围岩稳定性及塑性区特性

为探究中间主应力对预制孔岩石力学性质的影响,基于自主研发的"多功能真三轴流固耦合试验系统",进行了等b等σ3试验。试验结果表明:主应力方向、中间主应力对岩石变形和强度特性均有较大影响。裂纹特征应力值随中主应力系数b的增加呈现先增大后减小的趋势;裂纹主要在垂直孔轴线方向发育并首先在较小的主应力方向发生破坏。几种条件下试样的强度均随中主应力系数的增大而先增大后减小。其中,最大主应力平行于孔轴线时强度最高,稳定性最好;在中主应力系数b较小时,中间主应力平行于孔轴线时强度最低,而b较大时孔轴线沿最小主应力时强度最低。基于广义平面应变理论,分析了中间主应力对孔周围塑性区的影响。     

主应力对深部软岩巷道围岩稳定性影响规律研究

以某矿为工程背景，根据深部软岩巷道可能存在的地应力场类型和巷道轴向角度α(轴向与最大水平主应力的夹角)，设计出105组数值模拟方案，研究了深部软岩巷道围岩稳定性随轴向、径向侧压系数(λy，λx)及巷道轴向角度(α)变化的规律，研究了侧压系数因子Nλn和轴向角度因子Nα对巷道围岩稳定性的影响权重。研究结果表明：深部软岩巷道布置的合理轴向角度(α)并非只沿最大水平主应力方向布置时才最有利于巷道的稳定，而与巷道所处的具体地应力场有关；当巷道轴向与水平主应力方向不平行时，可将更靠近巷道轴向的水平主应力视为轴向应力，将另外一个水平主应力视为径向应力。     

杨营煤矿地应力分布规律及其影响因素分析

杨营煤矿埋深大、断层破碎带发育,影响地应力分布规律的因素复杂。为指导杨营煤矿矿井建设及开采安全,应用钻孔应力解除法,对杨营煤矿不同埋深和位置进行了系统的地应力测量。根据实测数据,获得了杨营煤矿地应力分布规律,并对其影响因素进行了分析。分析结果表明,矿区主应力分布有其一般的共性且有其特殊性:1矿区主应力值随埋深的增加而增大,侧压力系数随埋深的增加而减小;2断层扰动下,地应力方向发生明显偏转,地应力值有明显应力集中现象;3向斜构造影响下,构造不同位置水平主应力集中程度有明显差异,相同位置水平主应力和垂直主应力的增加程度也有差异。     

地应力状态与岩石力学性质的关系研究

地应力是工程稳定性设计的基本参数,与岩石力学性质密切相关。根据收集到的969组地应力实测数据,对最大和最小水平主应力随深度H的变化规律进行了回归分析;并从中选取同时带有岩石弹性模量E和泊松比v的112组数据,研究了E、v与H的关系、最大和最小水平主应力分别与E、v的关系及最大和最小水平主应力与H和E的关系。结果表明,我国大陆地区最大和最小水平主应力整体上随深度增加而增大,呈线性增长关系;E与H没有明显的相关关系,随H的增加而有降低趋势;v整体上随H变化幅度较小,数据主要集中在直线v=0.23的两侧;消除深度的影响后,所选取的3个深度范围的最大水平主应力与E有一定的正相关关系,最小水平主应力与E的线性相关性较差,且出现了不一致现象,E对最小水平主应力的影响程度较小,对最大水平主应力的影响程度较大;最大和最小水平主应力总体上均随v增加有增大趋势,规律性不显著;对于最大和最小水平主应力分别与H和E的关系,修正了已有的数学模型,回归精度有所提高。     

李粮店煤矿大采深地应力分布规律研究

为掌握李粮店煤矿大采深地应力分布规律,采用空心包体应力解除法在二1煤层底板L7灰岩中施工钻孔,现场测量了4个测点的地应力大小,结果表明,该矿区为高地应力区域,且最大主应力远大于中间主应力和最小主应力,最大主应力接近水平方向;矿井深部开采时围岩内存在较大的剪应力,围岩稳定性较差。另外通过对矿区地应力场与矿区构造关系的分析,进一步表明了矿井主控地应力为构造应力,最大主应力方向基本垂直于褶皱构造轴向和断裂构造的走向。     

深部大断面巷硐围岩稳定性评价与布置方式研究

针对深部大断面巷硐围岩变形量大、支护困难等特点,采用FLAC3D数值计算方法,探讨围岩内最大主应力峰值区的时空演化规律,分析最大主应力峰值区对围岩变形破坏的控制作用,提出塑性区发育范围判定与围岩稳定性综合评价的方法。根据地应力场类型、侧压系数、巷硐轴向与最大水平主应力夹角的差异,共设计151种数值模拟方案,研究3类地应力场中构造应力对大断面巷硐围岩稳定性的影响。结果表明:围岩塑性区发育与最大主应力峰值区存在运移一致性,基于边界应力系数K可判定塑性区发育范围,并通过遍历数值计算确定K值为0.96;在σH型应力场中,当λH=λh时,巷硐最优布置角度为30°,当λH≠λh时,巷硐平行于最大水平主应力方向布置最有利于围岩稳定;在σHv型应力场中,巷硐最佳布置角度是与最大水平主应力成0°～15°夹角;在σv型应力场中,当λH=λh时,巷硐无最优布置角度,当λH≠λh时,巷硐布置应遵循最大水平应力理论。     

深部高应力巷道开挖方向对稳定性影响分析研究

在阿舍勒铜矿深部不同中段选取3个测试点,采用套孔应力解除法进行了现场地应力测试分析,准确确认深部岩体处于较高地应力状态。采用数值模拟计算方法,计算得出最大主应力与巷道轴线夹角分别为0°、30°、60°、90°时的巷道围岩位移场、应力场和塑性区云图,分析了深部高应力巷道开挖方向对其稳定性的影响,得出了高应力巷道开挖时,巷道布置方向与最大主应力方向夹角在30°以内时,高地应力对巷道稳定性影响较小的结论。     

弓长岭井下矿地应力现场实测及应用

为掌握弓长岭井下矿的地应力赋存状态,采用实现完全温度补偿并考虑岩体非线性的地应力测量技术,对弓长岭井下矿3个水平3个测点进行了地应力现场实测,利用Lab VIEW编制的地应力计算程序对测量结果进行分析。3个测点的地应力赋存状态:(1)每个测点均有2个主应力接近水平方向,另1个主应力接近垂直方向;(2)3个测点的最大主应力均为最大水平主应力,垂直主应力为最小主应力,说明矿区地应力场以水平构造应力为主导;(3)3个测点最大水平主应力的走向总体上为南东东—北西西方向;(4)最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力均随深度呈增长关系。地应力测量结果在弓长岭井下矿的应用主要有3个方面:(1)巷道走向应根据矿山的工程地质条件和采矿生产作业的要求,尽可能与最大主应力方向一致(113.96°);(2)提供数值分析必需的力学边界条件;(3)为弓长岭井下矿预测岩爆发生的地点和级别提供了可能。     

滨海金属矿区域地应力场测量与规律分析

采用应力解除法,使用高精度UPM40岩石三轴应变地应力测定仪对三山岛金矿新立矿区进行了地应力测量。结果显示,矿区水平最大主应力方位为NW向,应力场中以水平最大主应力为主导,水平最小主应力方位与水平最大主应力方位接近垂直; -400 m深度处地应力受构造应力影响有突增现象,地质情况复杂,应当予以关注; 6个测点所测最大主应力倾角都近似处于水平,水平最大主应力方位与所在区域地质构造情况吻合,表明所测地应力结果可靠。对6个测点主应力进行线性回归,结果表明,主应力随深度变化呈较好的线性相关,与现有理论相符。矿区地应力在一定程度上抑制了断裂带的导水能力; 所测地应力结果可为新立矿区的开采设计提供依据。     

狮子山铜矿深部开采三维地应力实测及应力场分布研究

狮子山铜矿已进入深部开采阶段,针对深部巷道破坏严重、岩层移动加剧的现象,采用空心包体应力解除法对该矿进行三维地应力测量,共获取四个不同中段测点的三维地应力测试数据。地应力实测结果表明,四个中段测点的最大、最小主应力基本呈线性变化,最大主应力为45.59 MPa,随深度增加而增加,倾角变化范围为-8.68°～6.15°。最大水平主应力与垂直主应力的比值变化范围为1.41～2.75,说明矿区地应力以水平构造应力为主,剪应力值相对较大。九中段、十一中段、十二中段的最大主应力方向与矿体走向基本一致,而十五中段最大水平主应力方向与矿体走向近似垂直,地应力场的分布特征与工程地质调查和巷道变形调查结果相吻合。     

基于地应力实测的某矿区应力场分布特征

地应力是影响矿井工程设计施工的重要因素,以某矿区为例,选取4个具有代表性的原岩应力测点,采用应力解除法进行了三维地应力测量,分析了该矿区的地应力分布特征。结果表明:各测点最大水平主应力都大于垂直应力,矿区最大主应力方向基本为NW—SE向,与实测主要构造的应力场方向基本一致,即矿区主控地应力为构造应力。现场实测地应力表明:目前主要巷道与最大主应力方向的夹角较大,对巷道围岩稳定与维护产生不利影响,需根据实际采矿地质条件、施工因素、最大主应力方向,综合确定巷道的最佳轴线方向及合理的断面形状。