节理岩体岩爆机制的数值模拟研究

采用RFPA-Dynamic有限元分析软件,对节理岩体在动力扰动下的岩爆过程进行动-静耦合仿真分析。结果表明,动力扰动对节理岩体发生岩爆具有明显的触发作用。     

屈曲型岩爆的发生机制及其时效性研究

为分析深部巷道围岩层裂薄板结构的形成机制和屈曲型岩爆发生的力学机理,采用数值模拟方法对深部巷道开挖过程中围岩主应力的分异演化规律进行了研究。基于三参量黏弹性本构关系,以屈曲型岩爆的层裂薄板结构为力学模型,推导出了二向受力下屈曲型岩爆的压屈时效方程,探讨了不同应力状态下屈曲型岩爆的时效特征。结果表明:在以垂直应力为主导的巷道在掘进过程中,巷道顶部和底部的主应力水平在逐步减小,岩体能量逐步释放;而巷道两侧边墙的主应力出现严重的分异现象,切向应力变大而轴向应力减小,岩体能量向两侧转移并大量积聚。以水平应力为主的巷道在掘进过程中,围岩应力状态的演化过程及能量积聚特征与此相反。围岩层裂薄板结构形成后,在切向应力和轴向应力的二向应力作用下发生蠕变弯曲变形,经过一段时间,当变形达到某一限值时,层裂薄板结构就会发生屈曲失稳破坏并释放岩体内积聚的弹性变形能,产生延迟岩爆现象。     

基于随机森林模型的岩爆等级预测研究

以岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、硐室最大切向应力、岩石压拉比、应力系数、弹性变形指数和完整性系数为岩爆评价指标, 建立了4种评价方案; 在引入随机森林算法的基础上, 建立了岩爆等级预测的随机森林模型, 并通过R语言编写代码对该模型进行了计算, 得出评价指标的重要性和预测结果; 将4种评价方案用随机森林法、线性回归法和支持向量机法分别进行预测并将结果进行对比分析。结果表明：随机森林法的岩爆预测准确率较高(达到97%), 适用于解决数据不完全的小样本问题; 岩石完整性系数重要度最大, 岩石单轴抗压强重要度最小。     

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。     

玲珑金矿深部岩爆发生机理分析

玲珑金矿属于高地应力地区,岩体主要为硬脆性花岗岩.目前,该矿已进入深部开采,开采深度接近1000m,并将很快超过1000m.对此类矿床赋存条件的地下矿山,深部开采时会遇到岩爆问题.因此,岩爆的预报和防治,是该矿深部地压控制的重要内容.根据现场调查、电镜试验、室内岩石力学试验、CSIR岩体质量分级和现场地应力测量,分析了玲珑金矿深部岩爆发生机理,并提出了防治措施.     

冬瓜山矿床岩爆发生机制分析

通过对接着瓜山岩爆的现场调查研究，总结了该矿床岩爆发生的特征，研究了岩爆的破坏机制。利用岩爆的经验判据分析了其岩爆发生的可能性及强弱，并提出了冬瓜山矿床岩爆防治的建议措施。     

基于随机共振理论的低速重载设备故障诊断

基于随机共振理论,结合包络解调分析研究微弱低频幅值调制信号的增强与提取,并应用于低速重载设备的故障诊断.运用信号自含噪声或外加噪声,通过变步长数值算法和调节非线性双稳系统结构参数,来实现微弱低频幅值调制信号的随机共振现象.模拟调幅信号和实测低速重载齿轮箱振动信号的分析结果,证实了本文提出的方法在检测微弱低频幅值调制信号上,明显优于传统的FFT谱分析和包络解调方法.     

基于随机共振现象的瓦斯检测方法研究

构建基于随机共振的气敏传感检测系统,采用双层随机共振算法,根据信噪比最大值之间的差值检测气体浓度,可以准确检测瓦斯气体的浓度,为瓦斯检测提供一种新方法。     

岩爆发生机理的理论分析

分析了高应力岩体动力失稳对岩爆机理研究的启示,指出了静荷载理论在岩爆机理研究中的局限,对岩爆动力学机理进行了初步探讨.     

圆形硐室岩爆发生机制及预测预防

从微观角度分析了圆形硐室片帮型岩爆发生机制。用灰绿色闪长岩模拟了双向受载下硐室岩爆的发生 ,记录岩爆发生过程中的声发射 ,二者在一定程度上具有一致性。提出了监测方法以及对岩爆的防治措施。     

冲击矿压的静动叠加失稳机制和发生模式

基于静动叠加冲击矿压的黏弹脆性体突变模型和黏弹性介质中震动波的传播规律,研究了煤体静动叠加冲击失稳机制,结合实例分析了静动叠加冲击矿压的2种基本发生模式:高静载低动载模式和高静载高动载模式,讨论了震动波频率、结构弱面刚度等因素对震动波传递的影响。认为高静载低动载模式和高静载高动载模式能够揭示两类典型的冲击过程;震动动载形成的瞬时动应力增量与静载蠕变阶段的静应力叠加使煤体满足临界条件而发生冲击失稳;震动波传递不仅随弱面的力学性质劣化而弱化,且随震动波的物理特性变化如频率的增大和波幅的降低而弱化。研究结果能为冲击矿压监测和防治提供指导。     

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。     

基于两体系统动态加卸载效应的冲击地压机理

从冲击地压事件的能量来源出发,提出了破裂体和释能体相互作用的冲击震源模型,分析了冲击地压过程中能量传递与释放的动态机制,指出冲击源两体之间存在动态加、卸载效应。破裂体中裂纹传播速度越快,对释能体的动态卸载效应越显著,释能体动态应力降越大,能量释放速率越高;释能体动能越大,作用于破裂体的动态加载速率越高,破裂体破坏速度越快,碎裂程度越高,冲击地压发生过程即为两体动态交互作用加速、稳定、减速过程,相关分析与室内两体试验现象吻合。据此理论推测了冲击源的尺度特征,华亭矿区典型冲击地压事件的同步钻孔应变观测结果表明冲击时在破裂区外围不同尺度范围内存在同步应力降,为上述理论提供了工程依据。     

高峰矿区深井岩爆预测

结合国内外岩爆研究进展与现状，阐述了矿井岩爆研究基本思路、岩爆区域必备条件、矿井岩爆类别、高峰深井岩爆预测基本格局，提出了高峰矿礁灰岩体岩爆触发预测的基本方案。     

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。     

冲击地压的防治

随着煤矿企业飞速的发展,矿井采深也在不断的加大,受冲击地压危害的采煤工作面也越来越多。通过生产实例,介绍成功开采由于上履煤柱所造成的冲击地压区域的经验,为今后开采有冲击倾向的煤层,提供参考及解决办法。     

基于单轴加卸载试验的千枚岩岩爆倾向性研究

为研究具有层理结构岩石的岩爆倾向性,以西鞍山铁矿地区的层理千枚岩为研究对象,现场取样并加工为标准试样,使用刚性压力机进行单轴加卸载压缩试验。对试验结果进行分析,揭示了西鞍山铁矿地区千枚岩的破坏特征,在室内岩石力学试验的基础上,结合线弹性能判据(PES)及弹性能量指数(WET)对不同层理角度下的岩石岩爆倾向性定量分析。结果表明:千枚岩强度在加载方向与层理夹角为0°、90°时最高,30°、45°时较低,60°最低,总体呈现出U型变化规律;千枚岩的弹性模量随夹角的增大逐渐增大:PES、WET指标均显示,千枚岩的岩爆倾向性呈0°最大,90°次之,60°最小的类U型变化趋势。研究结果为在层理岩石内开拓巷道、确定巷道走向及进行巷道支护等方面提供了有益参考。     

对冲击矿压的预测和治理

随着我国煤炭资源向深部发展,开采中出现的各种技术问题日趋严重。其中,最显著的是巷道变形严重,冲击矿压发生的比例逐渐增加,给我国的煤矿安全生产带来了巨大的灾害。因此,对冲击矿压的预测和治理对我国现代化煤矿的安全生产起到不可估量的作用。     

随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理与控制研究

为研究随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理及控制方法,基于龙口某矿油页岩上分层巷道节理参数统计结果,结合蒙特卡罗模拟方法,采用UDEC软件内置FISH语言编写了随机节理模拟程序,建立了随机节理岩体巷道数值模型,对随机节理岩体巷道再生顶板的失稳破坏过程及支护方式进行了模拟,并通过工程应用对数值模拟进行了验证。结果表明:再生顶板巷道开挖后预留护顶中小的易冒块体首先沿节理面滑落,之后关键块体在上部破碎岩块压力作用下沿节理面滑动下沉,当关键块体一端滑离巷帮节理面时,关键块体失稳,发生冒顶;再生顶板下预留护顶掘进巷道合理支护方式为锚索-架棚联合支护,可有效控制巷道顶板变形并防止顶板破碎块体冒落。