巴西劈裂条件下似斑状花岗岩试样力学及声发射特征

新城金矿新主井计划建设深度1 527 m，为了探究该主井1 300 m左右似斑状粗粒花岗岩受拉破裂的力学特征，取新主井工勘孔似斑状花岗岩岩样，借助应变检测装置及声发射检测设备等对劈裂受载的似斑状花岗岩进行加载过程的实时监测。试验结果表明：①花岗岩试样的横向应变变形分3个阶段，且临近破裂前应变变化趋势表现出非稳定性运动特征；②随着加载进程的推进，声发射计数整体活动性逐渐增强，计数的变化随时间进程呈现出起伏上升的规律，并且逐渐由稀疏变得密集；③结合运动稳定性理论、振动能量分析及试验结果，得到一次破裂过程中平均每个声发射信号携带的能量出现峰值的现象可以作为似斑状花岗岩劈裂破坏加剧前兆之一。     

高渗透压和不对称围压作用下深竖井围岩损伤破裂机理

随着矿产资源开采深度的不断增大,地应力、地温和孔隙水压随之显著增大,岩石的非线性力学行为更加凸显。针对高渗透压和不对称围压作用下深竖井围岩损伤破裂问题,构建了流固损伤耦合效应力学分析模型,分析了流固耦合条件下深竖井开挖围岩有效应力,探讨了孔隙水压及地应力场对围岩损伤破裂演化的作用机制。研究结果表明:孔隙水压及孔隙水压梯度越大围岩损伤破裂区面积越大,围岩损伤破裂区面积随围岩渗透率的减小逐渐增大并趋于稳定;地应力场对围岩破裂形态具有重要控制作用,最大水平主应力与最小水平主应力差异较小时,围岩损伤破裂区集中在最小水平主应力方向,以剪切损伤为主,最大水平主应力与最小水平主应力差异较大时,在最大水平主应力方向上会产生拉伸损伤破裂区。值得关注的是,由于孔隙水压的存在,最大有效水平主应力与最小有效水平主应力之间的比值增大,即围岩发生拉伸破坏的风险增大。本文研究表明,竖井选址和设计过程中应避开构造应力大、孔隙水压大的区域,从而保障井筒施工安全。      

软硬交错层理状岩石变角度劈裂的变形场及声发射频率特征

为了了解宏观裂纹以不同角度穿越软硬交互层时岩石的变形场及声发射特征,以天然软硬交互层理状岩石为研究对象,分别开展劈裂方向与层理方向呈0°,30°,60°,90°的劈裂试验.试验过程中辅以数字散斑技术记录变形场,PCI-2型声发射采集仪记录声发射信号.绘制横向受拉区域变形时程图与声发射峰频分布时程图,对比研究发现:劈裂方向与层理方向夹角为0°时,横向受拉区域分布集中,声发射信号峰频点集中在40 kHz附近;夹角为30°和60°时,受拉区域杂乱分散,受载过程中新出现峰频段集中在100,150 kHz附近的声发射信号;夹角为90°时,受拉区域分布较为集中,受载过程中新增加峰频在260 kHz附近的信号.随着岩石层理夹角由低至高的变化,受拉变形区分布形态经历了集中分布—无规则分布—较为集中分布的趋势,而声发射信号峰频带分布则愈加复杂.基于试验结果,讨论了岩石内部破裂源模式与声发射峰频间的关系.     

巴西劈裂条件下似斑状花岗岩试样力学及声发射特征

新城金矿新主井计划建设深度1 527 m，为了探究该主井1 300 m左右似斑状粗粒花岗岩受拉破裂的力学特征，取新主井工勘孔似斑状花岗岩岩样，借助应变检测装置及声发射检测设备等对劈裂受载的似斑状花岗岩进行加载过程的实时监测。试验结果表明：①花岗岩试样的横向应变变形分3个阶段，且临近破裂前应变变化趋势表现出非稳定性运动特征；②随着加载进程的推进，声发射计数整体活动性逐渐增强，计数的变化随时间进程呈现出起伏上升的规律，并且逐渐由稀疏变得密集；③结合运动稳定性理论、振动能量分析及试验结果，得到一次破裂过程中平均每个声发射信号携带的能量出现峰值的现象可以作为似斑状花岗岩劈裂破坏加剧前兆之一。     

注浆对深部井巷交错区支护结构稳定性影响研究

深竖井井筒连接硐室群围岩稳定性差,工作面预注浆使其支护结构受力愈加复杂.通过测力锚杆、振弦式混凝土应变计对皮带道平巷预注浆期间马头门支护结构及与马头门相连的井壁进行应力、应变现场监测,获得垂深达1418.1 m的新城金矿新主井深部井巷交错地带支护结构在预注浆条件下的受力、变形发展规律,并对注浆期间支护结构的稳定性进行分析.测力锚杆监测结果显示,深部地层皮带道平巷注浆期间,马头门支护结构受力处在波动状态,与马头门相连的井壁受力可分为3个阶段:稳定阶段、波动阶段和再稳定阶段.应变监测结果显示,支护结构交错连接处在注浆期间呈现拉剪破坏趋势,此位置是注浆期间的"薄弱环节".值得注意的是,注浆使得混凝土支护结构受力不均,局部产生较大的拉应力;马头门支护结构3号测点最大拉应力为4.2 MPa,支护结构交错连接处(4号测点)最大拉应力为8 MPa,建议采用掺入仿钢纤维的C40混凝土以满足注浆期间井壁支护需求.无论是马头门,还是与马头门相连的井壁,都出现了受力"陡增"现象,2个注浆孔同时注浆是井壁受力"陡增"的主要原因.监测分析成果可为类似条件下的井筒支护设计优化提供参考,指导深竖井井筒施工.     

单轴压缩荷载下含黏结面花岗岩能量演化研究

为探究能量演化在含黏结面不完整岩石受载过程中的规律,选取带有矿物质黏结斜面的花岗岩进行单轴循环加卸载压缩试验,同时在试验过程中进行声发射检测.得到以下结论:"有效能比"(累积弹性能/输入岩石的总能)可以作为岩石储能水平的表征,也可间接反映岩石内部结构随应力状态的改变;从整个加载过程来看,黏结面部位破坏的声发射释能短促、强烈,峰值强度时声发射持续时间较长,但声发射释能率相比黏结面破坏时较低;应力水平较低时,卸载过程中一般不会有声发射现象或声发射现象基本可以忽略,但当应力水平达到一定值时,即花岗岩积聚的弹性能超过了黏结面部位破坏的耗散能时,花岗岩在卸载时会发生短促、强烈的脆性破坏;由于声发射能量属于耗散能的一部分,定义"声发射检测效率"(声发射累积能量/累积耗散能),对于本次试验对象而言,"声发射检测效率"在压密阶段降低,弹性阶段升高,黏结面局部破坏时达到峰值,之后直至峰值强度该值呈现持续降低趋势;从能量角度分析,卸载破裂所对应的应力水平低于加载强度,但不应低于与峰值强度时耗散能大小相等的弹性能所对应的应力水平.     

测力锚杆对金属矿深立井地压的监测与结果分析

为研究金属矿深立井地压的分布规律,在新城金矿新主井凿井过程中,采用改进的新型地压监测装置——测力锚杆,更为精准地开展了立井地压的现场实测。监测数据表明:测力锚杆能够适应立井地压周期长、腐蚀强、淋水严重的复杂监测环境,工程应用性较强;金属矿立井地压以压力为主同时局部出现拉力,地压分布表现出不均匀性;井壁受拉部位,井壁所受围岩拉力约0.2 MPa,岩层稳定,裂隙不发育部位,井壁水平压力约为0.06MPa,同一水平,裂隙发育部位,井壁水平压力约为3.6 MPa,裂隙发育部位围岩对井壁的水平压力是稳定岩层中围岩对井壁水平压力的60倍左右;与埋深浅的矿井相比,深部金属矿井筒埋深大,在裂隙发育部位,水压值更大,井壁受到围岩较大的水平压力,且水平压力不稳定。     

受载岩石能量演化特征的研究进展

能量作为一种描述“宏观系统”的“宏观变量”，其物理意义明确，信息量丰富。能量演化背后既包含了岩石自身储能状态信息又包含了岩石结构的损伤破裂信息。在深部地层中，开采扰动下的岩石能量演化特征将会更加明显，能量驱动下的岩体失稳或破坏将更加频发。为了进一步研究受载岩石能量演化方面的特征，需要对当前研究进展进行梳理。本文归纳了受载岩石的能量分配方式，分析了各组分能量用途，考虑了岩石自身因素与所处外界条件因素对岩石能量演化特征的影响。岩石自身因素包括岩石的软硬、材料均质与否、结构完整与否；外界条件因素包括围压条件的影响、卸荷条件的影响、加载速率的影响。最后指出，当前岩石受载能量演化的研究仍然处于发展阶段，需要开拓新的试验思路，开创新的试验方法，进一步挖掘能量背后携带的丰富信息量。