基于Phase2的不同跨度采场围岩稳定性及支护研究

采用Phase2对某矿区不同跨度下采场拉底巷道和凿岩巷道开挖和支护过程进行数值模拟研究,获得了各阶段采场围岩位移场、应力场和塑性区范围变化云图,并对模拟结果进行定量及定性分析,揭示了不同跨度采场围岩稳定性变化趋势。结果表明,采场跨度对围岩顶板变形量和应力值有着较大影响,及时采取合理的支护措施能有效保持围岩稳定。研究结果对类似矿山采场结构尺寸设计和地压控制具有理论指导意义。     

基于BP神经网络的矿石非计划贫化预测

为了消除等效线性超挖（Equivalent Linear Overbreak Slough,ELOS）经验图表法估算矿石非计划贫化的局限性,采用BP神经网络算法,以采场稳定指数、水力半径、钻孔平均偏斜量和炸药单耗为输入变量,以量化矿石非计划贫化的等效线性超挖深度为输出变量,建立了隐含层神经元节点数为6的3层BP神经网络预测模型。经过120组样本数据模型训练和样本测试,BP神经网络预测模型的拟合度为0.987 42、均方误差为9×10-5,预测的相对误差约6%,形成了矿石非计划贫化预测方法。应用BP神经网络非计划贫化模型对三道桥铅锌矿试验采场进行了矿石非计划贫化计算。结果表明：基于BP神经网络的矿石非计划贫化计算值为0.717 m,与现场实测值（0.7 m）相比,其相对误差为2.4%,优于经验图表法和数值模拟分析法的计算结果（0.80 m和0.55 m）,可用于实际矿山的矿石非计划贫化预测。     

花岗岩破裂全过程的声发射特性研究

声发射是许多材料发生脆性破坏(包括其微裂纹的初始、扩展)过程中伴随的很普遍的现象。应用两套声发射系统,研究在单轴压缩荷载条件下10个花岗岩样(70mm×70mm×150mm)破裂过程中,随加载时间、应力变化其声发射活动的特性;通过应用单纯形算法对声发射事件定位,分析岩样破裂过程中其内部微裂纹初始、扩展过程的空间演化模式。试验结果表明:(1)在整个岩石破裂过程中,声发射活动随加载时间、应力变化表现出不同的特征;(2)在初始加载阶段直至初始裂纹形成之前,其声发射活动不是很明显;一旦岩样出现初始裂纹,在其加载时间点和相应的应力点处声发射事件明显增多;(3)在裂纹初始形成之后到微裂纹扩展之前,声发射活动处于一段平静期,裂纹稳定扩展直至岩石完全破坏,声发射活动变得异常活跃,特别在微裂纹扩展的非稳定阶段,声发射事件随加载时间及应力变化率非常显著。对于岩样内部初始裂纹形成之后的“平静区”而言,初始裂纹形成之后,并非裂纹随着荷载或者应变的变化而直接扩展,而需要蓄积一定的加载能量,在能量蓄积一定程度之后再进行扩展,即岩石初始破裂之后,其内部应力场需要寻求新的平衡,新应力平衡达到之后裂纹才开始进一步扩展;同样,当岩石完全破坏之后,应力也没有立即完全释放,亦是达到新的应力平衡之后,才完全失去其强度。声发射事件定位结果直观的反映岩样内部裂纹扩展空间位置、扩展方向以及裂纹扩展的空间曲面形态,这对于深入研究岩石破裂失稳机制是十分有意义的。     

保护煤层开采引起覆岩垮落及其被保护煤层透气性变化的数值模拟

在充分考虑到岩石的非均匀性、存在的节理、裂隙等基础上，运用岩石破裂过程分析系统（RFPA），进行由于深部煤层（保护层）开采诱发的上覆岩层垮落过程及被保护煤层透气性系数变化的数值模拟。模拟结果较好地展示在开采保护煤层过程中覆岩节理、裂隙的发育、顶板的垮落以及被保护煤层的弯曲、变形和透气性系数的变化过程，反映出岩层移动的三带特征：垮落带、断裂带、整体弯曲下沉带以及这三带演化的动态过程。从破坏点空间分布中可以看出岩层破坏的逐层传递性。文中阐明被保护煤层在保护煤层开采期间的应力场与透气性变化之间的联系。     

剪切扩张诊断：评估致密地层天然气强化处理的新方法

许多致密天然气藏需要压裂强化才能获得经济收益。这些储层通常能从高偏向压力和坚硬的天然裂缝岩石进行地质学和几何学的特征描述。在这些储层中强化处理能从剪切和张力裂缝的联合中形成复杂的裂缝网络。水裂缝能被用于那些被预先剪切裂缝会占统治地位的地方。     

深部蚀变岩型巷道锚杆锚索联合支护应用研究

为了确定深部高应力影响下蚀变岩型巷道合理的支护方案，本项目对焦家金矿 15 中段蚀变岩型巷道进行岩体质量分级，计算出分级结果并提出初步支护方案，运用 Unwedge 进行楔形体冒落分析，模拟深部高应力影响下蚀变岩型巷道楔形体大小及初步支护方案合理性，对初步支护方案进行优化分析。根据巷道形状及规格加工制作双钢筋，将其运用到锚杆锚索联合支护方法中，大大地提高了整体支护强度。最终确定深部高应力影响下蚀变岩型巷道采用“树脂锚杆+长锚索+双钢筋+喷射混凝土”联合支护方案。在此基础上，开展支护方案的现场工业试验，由巷道顶帮连续收敛监测结果表明，当应用“树脂锚杆+长锚索+双钢筋+喷射混凝土”联合支护方案支护后，巷道顶帮收敛变形在 1 个月内基本不再增长，可有效保证焦家金矿高应力下蚀变岩型巷道围岩在服务周期内的稳定性。     

急倾斜中厚矿体长矿房连续开采干式充填采矿法

露天转地下急倾斜中厚矿体目前主要采用空场法、崩落法和尾砂胶结充填法进行开采，然而一些特殊区域不能采用尾砂进行充填，为了提高回采效率，需结合矿山地质条件研究与之相适应的采矿方法。针对青龙沟采区北矿段露天转地下急倾斜中厚矿体，依据矿岩体工程地质条件及其稳固程度，结合矿山现有采矿装备与充填条件，在阶段空场法分段凿岩、落矿的基础上，提出了长矿房连续开采干式充填采矿方法。依据矿体形态划分阶段，在首采阶段最下分层开掘凿岩巷道，上一分层预控顶为下一分层开采提供凿岩巷道；采用中深孔连续落矿的同时，利用废石等对采空区进行干式充填。该采矿方法简化了矿块开拓设计，大大减少了采准、切割工程量，缩短了采准、切割时间；通过采用连续开采减少矿柱留设，提高矿石回采量；采用干式充填体控制采场地压。在青龙沟采区北矿段现场进行的工业试验表明：对急倾斜中厚矿体采用长矿房连续开采干式充填采矿法实现了高强度和大规模集中开采，提高了矿块的回采率，降低了矿产资源损失量。     

免振捣自密实混凝土工作性能试验研究

在分析影响免振捣自密实混凝土因素的基础上，利用试验研制的外加剂，进行不同系列的混凝土化学外加剂对比试验，认为影响免振捣自密实混凝土性能的主要因素是形变能力和抗离析性，化学外加剂(如高效减水剂、粘性剂、保塑剂)对新拌混凝土的变形和离析行为起至关重要的作用。并初步提出了高性能免振捣自密实混凝土的一种配比设计方案，结果表明，所配制的混凝土不仅在新拌状态，而且在早龄期及硬化后都具有好的特性。     

基于声发射实验岩石破坏前兆特征研究

在单轴加载条件下,进行岩石破裂失稳全过程声发射实验研究,得到岩石破裂过程中的应力-应变曲线、声发射参数与时间的关系。选取累计AE数、AE能量释放率、震级-频度关系中的b值随时间的变化规律研究了岩石失稳破坏的前兆信息。结果表明：在初始加载阶段,声发射数量很少;在岩石弹性变形阶段后期和塑性变形阶段,累计声发射数快速增加;声发射能量在岩石破裂过程中相当长的一段时间内保持低释放率,而在破坏前释放明显;在岩石失稳破坏前,b值出现快速下降现象,多数岩石试件声发射b值岩石破坏前下降到最低值。这些前兆特征可以为现场岩体声发射监测预报技术的应用提供依据,以提高岩体稳定性监测预报的准确率。     

Research on the closure and creep mechanism of circular tunnels

A numerical code called Rock Failure Process Analysis (RFPA2D) was employed to investigate the closure, damage and failure behavior of the horizontal tunnels. In this code the time-dependent deformation was described in terms of evolution of mesoscopic structure, leading to progressive degradation of elastic modulus and failure strength of material. In terms of material degradation, a series of numerical simulations were performed to study the convergence and subsequent failure in circular tunnels. The numerical results provide a complete illumination for the closure, damage and failure behavior with different loading conditions. It is shown that the depth and the ratio of far field stresses play an important role in the creep behavior of tunnels. Creep failure is expected to occur in the direction of the smallest far field stress component, which means that rheological failure of tunnels is influenced not only by the rock characteristic around the tunnels but also by the orientation and distribution of far field stress on a global scale. Supported by the “973” Program (2007CB209400); the National Natural Science Foundation of China(40638040); the Opening Foundation of State Key Laboratory of Geohazards Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology