巷道岩爆过程能量演化特征实验研究

开展双轴加载条件下巷道岩爆声发射监测实验,分析巷道岩爆过程宏观破坏特征,并与现场岩爆发生过程进行对比研究;借助声发射能量参数,分析岩爆宏观破坏过程能量积聚、释放规律及能量的时间效应,重点探讨水平载荷对岩爆过程能量演化规律的影响,进一步从能量的角度揭示巷道岩爆的发生机制。研究结果表明:巷道岩爆存在平静期、颗粒弹射、岩片剥落伴随颗粒弹射、爆裂喷射4个典型阶段特征,但在颗粒弹射、片状剥离现象后会出现"短暂平静期",即巷道岩爆经历了平静期→颗粒弹射→短暂平静期→岩片剥落伴随颗粒弹射→短暂平静期→爆裂喷射的演化过程。巷道岩爆过程平静期对应能量的积聚过程,颗粒弹射、岩片剥离伴随颗粒弹射和剧烈喷射对应能量的释放过程,而"短暂平静期"内能量发生机制与水平载荷有关。一方面,水平载荷增大,岩爆孕育过程积聚的能量显著增加,为岩爆发生提供了足够的动力源;另一方面,水平载荷增大,"短暂平静期"内能量由积聚过程逐渐转变为释放过程,导致颗粒弹射到剧烈喷射阶段能量持续释放,且能量释放速度加快;上述两方面的综合作用致使高水平载荷下岩爆孕育过程聚集的大量能量在短时间内快速释放,从而诱发突发性强、破坏性大的岩爆灾害,同时预测的难度也加大。     

粉砂岩破裂过程中波速场演化特征试验研究

为探究载荷作用下波速场演化特征,进行了粉砂岩分级加载试验,以波速成像云图为研究对象,对岩石破裂过程中波速场的阶段性、区域性演化特征展开研究。结果表明:应用波速成像技术对岩石的探伤效果良好,其中,低波速带与裂纹位置相吻合,高波速带与完整基岩区域一致;岩石在破裂过程中,伴随着裂纹发育,波速场的平均波速值与结构相似性均持续降低,损伤程度的差异越来越大;基于K-means法将岩石区域划分为3类,即完整域Ⅰ、弱化域Ⅱ与损伤域Ⅲ;区域的演化特征体现了岩石的非均质性特性,并通过熵权法判定3类区域对岩石损伤程度的影响性排序为损伤域Ⅲ完整域Ⅰ弱化域Ⅱ。     

不同含水条件下巷道掘进面破裂红外辐射特征试验研究

针对巷道掘进面前方含水构造(干燥无水、无压水、承压水)难以判别的问题,通过开展不同含水条件下粉砂岩双轴加载试验,利用红外热像仪对岩石破裂过程进行监测,分析巷道受压过程破裂演化规律及温度场时空演化特征.结果表明:不同含水条件下的岩石破裂过程大致分为4个阶段,且加载过程岩石表面平均红外温度均随着载荷呈线性增加;若岩石破裂前兆为突然增温型,则表明破裂面前方无水;若岩石破裂前兆为突降转升型,则表明破裂面前方存在水体,且水压越大,温度曲线由升转降的时间越早,低温现象越明显.研究结果可为实际工程巷道开挖过程中突水事故的遥感监测及预防提供参考依据.     

温度对深部裂隙砂岩裂纹扩展规律的影响

为研究裂隙砂岩在不同温度条件下的力学特性和裂纹扩展规律,对不同温度（-20℃、20℃、40℃）处理后的裂隙砂岩进行双轴压缩试验,并采用PFC2D模拟了裂隙砂岩在不同温度作用后的双轴压缩试验,分析了裂隙砂岩在温度作用后的裂纹演化、破坏模式、扩展速率和扩展形态等参数的变化规律。研究结果表明,温度对裂隙砂岩的裂纹扩展速率和形态有着显著影响,高温条件下裂纹扩展速率更快,并且裂纹形态呈对称“L”形,同时裂纹数量增多;低温条件下裂纹扩展速率减缓,裂纹形态呈对称平行直线形。此外,温度对颗粒之间的摩擦力和黏结力也会产生影响,从而影响裂纹扩展。通过对比温度-应力耦合数值模型与试验结果可知,两者的相似度高达95%,可以较好地验证裂隙砂岩裂纹扩展规律,研究工作可为岩石力学领域的技术创新提供新思路和新方法。     

集成化安全生产管理系统在黄金矿山的应用

分析了黄金矿山生产过程中面临的安全问题,搭建了跨平台的集成化安全生产监控与管理系统框架,研发了包括基础网络平台、监测监控系统、通信与指挥系统以及基于三维GIS信息管理系统等在内的集成化安全生产管理系统。系统集视频监控、人员定位、安全生产信号采集与安全保障控制、安全信息的集成共享等于一体,在三山岛金矿投入运行后,显著提高了生产现场安全信息的精准度和调度指挥效率,在保障矿山安全生产方面发挥了重要作用。     

用粒子群算法优化编制露天矿生产作业计划

从露天矿采掘和运输成本的最小化角度出发,构建露天矿生产作业计划模型.基于群体智能优化理论,提出了用粒子群算法对露天矿生产作业计划模型进行解算的方法,并在求解过程中设计了带核粒子及双吸引子的粒子搜索策略.以MATLAB软件为平台进行求解运算最佳作业计划.以某露天铁矿为工程背景进行实例研究,将研究结果与露天矿实际生产指标和非线性规划解算结果进行比较验证.结果表明,粒子群算法可用于露天矿生产作业计划的优化编制.      

花岗岩巷道岩爆声发射信号及破裂特征实验研究

以声发射能量、振铃计数、上升时间和主频作为特征参数,对巷道岩爆实验声发射信号进行聚类分析,得到3类声发射信号。深入分析3类声发射信号特征参数,挖掘其对应的物理意义,揭示其反映的破裂特征。基于能量释放率,确定驱动岩爆灾害形成的主要岩石破裂类型。利用该类破裂对应的声发射信号,进行巷道岩爆预测研究。研究结果表明:第1类信号具有高能量、高振铃计数、低上升时间和低主频的“两高两低”特征,对应高强度、大尺度裂纹稳定扩展;第2类信号具有高能量、高振铃计数、高上升时间和低主频的“三高一低”特征,对应高强度、大尺度的裂纹非稳定扩展;第3类信号具有低能量、低振铃计数、低上升时间和低主频的“四低”特征,对应低强度、小尺度的裂纹非稳定扩展。其中,高强度、大尺度的裂纹非稳定扩展是岩爆灾害形成的主要驱动力,该种破裂类型对应的“三高一低”特征信号,能够为岩爆提供早期预警信息,是岩爆灾害预警研究的重点关注对象。     

基于红外辐射时空演化的巷道岩爆实时预警方法实验研究

开展花岗岩巷道岩爆模拟实验,利用红外热像仪监测巷道岩爆全过程。分析岩爆过程中红外热像空间演化过程,引入统计学中方差理论,定量刻画岩爆过程温度场的时序演化特征。在此基础上,采用有限差分法,实时获取红外热像温度场分异速率,应用区间估计理论提取岩爆预警特征信号,建立岩爆实时预警方法。研究结果表明,岩爆过程和红外辐射时空演化存在对应关系:岩爆孕育阶段,红外温度场全局低温,无分异现象;颗粒弹射期,温度场开始出现高温集中,高、低温区域点状交替分布,温度场开始出现分异;片状剥离伴随颗粒混合弹射期,片状高温区域出现,随后高温区域短暂降温、扩散,分异程度急速上升后短暂下降;岩爆发生时,温度场内高温区域消失,分异程度骤降。基于温度场时序演化特征的量化研究,采用有限差分法实时获取温度场分异速率,将温度场稳定分异阶段分异速率数学期望置信度为0.99的置信区间上、下限设定为阈值,进行岩爆预警特征信号提取,将岩爆预警特征信号的第1次出现作为预警系统触发信号,建立基于红外时空演化的实时预警方法,为矿山灾害预警系统的建立提供理论指导。     

基于CT扫描的砂岩主次裂纹扩展特征及影响因素研究

为了研究岩石在压应力条件下主次裂纹的萌生及扩展规律,对砂岩在单轴压缩条件下的破裂过程进行CT扫描试验,分析了砂岩中主次裂纹的形貌特征;同时,定量探讨了砂岩在不同变形阶段主裂纹的表面积和体积以及次生裂纹的分形维数,并运用Image pro plus 6.0和Image J软件计算了砂岩在不同高度位置主次裂纹的长度和数量,研究了主次裂纹的扩展及其影响因素。研究结果表明,主导砂岩破裂的是萌生于砂岩表面两种不同方向的主裂纹,主裂纹表面积和体积的增长速率随着荷载水平的增加而不同。在主裂纹的周围产生了许多次生裂纹,次生裂纹的分形维数随着荷载水平的增加而非线性增加。不同荷载水平下,砂岩在不同高度位置的主次裂纹长度和数量变化各不相同。在砂岩破坏前,影响砂岩主次裂纹扩展的主要因素是主裂纹的长度,在砂岩破坏后,影响砂岩主次裂纹扩展的主要因素是次生裂纹的长度。该结论对未来岩石破坏失稳的预测分析奠定了理论基础。     

有限差分法在露天采场边坡稳定性分析中的应用

以棒锤山露天铁矿为例,应用有限差分程序FLAC软件的分析计算方法,分别就应力应变,X和Y方向的位移,以及安全系数对采场边坡稳定性的影响进行分析,得出露天采场边坡稳定性定量化分析结果,为今后的边坡灾害防护治理提供依据.