微波辅助机械破岩试验和理论研究进展

微波辅助机械破岩是微波加热技术和机械破岩技术相结合的一种混合型破岩方法。岩石内不同矿物成分对微波能具有不同的吸收特性,各矿物不同的热膨胀产生的内应力使岩石内发生沿晶断裂和穿晶断裂,使试样产生损伤和微裂纹,这会引起岩石强度的降低。辐射功率和辐射时间是影响岩石力学特性的重要参数,一定功率的微波辐射处理后,试样的点荷载强度、单轴抗压强度和抗拉强度发生显著降低,微波功率越高,辐射时间越长,对试样强度的折减效果越明显。数值研究结果与试验研究结果基本一致,增加功率的同时降低辐射时间对试样强度折减具有更好的效果。岩石点荷载强度、单轴抗压强度和抗拉强度的降低能够显著提高机械破岩设备刀具的侵入率和刀具寿命,解决机械刀具的磨损问题。微波辅助机械破岩对钻孔、TBM掘进和实现金属矿矿岩连续开采都具有重要影响作用。     

硬岩应力–应变曲线真三轴仪研制关键技术研究

基于茂木式岩石真三轴试验原理,介绍真三轴试验机设计中的岩石体积变形测量、端部摩擦效应、应力空白角效应以及真三轴条件下的峰后行为捕捉关键试验技术。此试验系统具有高刚度、大吨位及高响应等特点,能获得真三轴条件下多种硬岩的全应力–应变曲线。同时,利用该试验系统,对不同减摩方案下的摩擦系数进行测试,并评估端部摩擦效应对岩石变形的影响。结果表明:硬脂酸和凡士林混合物具有较好的减摩效果,真三轴试验中,建议采用此减摩方案。端部摩擦往往造成岩石变形的不均匀分布,且对岩石的变形模量和强度有所提高。     

微波加热路径对硬岩破碎效果影响试验研究

 不同的微波加热方式会对岩石产生不同的加热效果,功率和时间是影响破岩效果的2个重要参数。对立方体和标准圆柱形玄武岩试样进行了3种加热路径下的微波辐射试验,并对辐射前后的试样进行P波波速和单轴压缩强度测试。结果表明,当试样内产生的热应力先超过岩石的强度极限时,试样就会崩开破坏;当试样温度先达到岩石熔点时,试样以熔化为主。采用高功率微波连续加热岩石,试样在较短时间、较低温度就发生崩开破坏,试样在崩开前波速和单轴压缩强度发生了显著降低,且功率越高,试样崩开的时间越短,波速和强度折减的越快。因此,采用高功率微波连续辐射岩石,借助于其产生的热应力使岩石崩开破碎的特点,可显著降低岩石破碎时的能量消耗,这对于微波单独应用于开采中的破碎工艺及辅助机械破岩掘进等具有重要意义。     

枢纽工程重要构筑物（群）与地质环境互馈作用机制与控制技术

紧密结合中国重大水利水电工程长期安全调控的迫切需求,深入研究开挖卸荷、水库蓄水、水位交变、泄洪雨雾及库区气候变化条件下,库区及枢纽区渗流场、应力场和参数场（岩土力学性能参数、加固系统功能指标）的动态演化和耦合作用机理,建立并形成了地质环境变化趋势预测的理论和方法;系统研究不同构筑物（库岸边坡、高坝岩基和大型地下洞室群）与地质环境的互馈作用机制,完善并发展了基于地质环境演化的构筑物工作性状动态分析方法和调控技术,研发了与变化环境相适应的加固系统（特别是锚固体系）长效延寿成套装备与工法,并在实际工程中得到示范应用。     

膏体尾矿屈服应力的塌落度试验研究

屈服应力是高浓度非牛顿膏体的关键流变参数,是膏体充填输送系统设计的基础。工程应用中采用塌落度这一经验参数评判其流动性,却无法获取准确的屈服应力参数值。通过构建圆柱和圆锥2种理论模型并利用模型与流变仪的测试结果对比,明确塌落度与屈服应力的反比例关系;通过模型计算屈服应力,在较低屈服应力,圆柱比圆锥模型计算结果准确。尾砂膏体塌落度试验表明增大塌落筒的尺寸可以提高模型计算结果的准确性。添加胶结剂的塌落度试验,因胶结剂的物理化学作用,颗粒间产生絮网结构形成悬浊液,料浆更加均质,却增加了料浆的内摩擦力,屈服应力升高。不同粗砂比的塌落度试验显示:因添加的粗颗粒降低了物料整体的比表面积,物料吸附水的能力下降,使大量水分子由吸附态转变为游离态,增强料浆的可流动性使料浆屈服应力显著降低。     

土酸对页岩溶蚀率影响的试验研究

利用X射线衍射晶体鉴定技术,首先确定页岩试样主要矿物成分,根据矿物成分确定酸化试验所用的酸液。利用质量分数为3%的HF和10%的HCL混合而成的土酸溶液酸化20mm×20mm×50mm的块状的钠长石、石英试样。利用超景深三维显微系统初步分析试样表面的腐蚀程度,并用Image-Pro Plus计算表面积溶蚀率的变化以及测量pH的变化规律,以分析页岩酸化的机理。设置对比实验,确定HF和HCL分别对溶液的贡献。本文是酸化压裂对含气页岩渗透性能的影响的基础室内试验研究,研究成果可以为实际工程应用提供理论依据。     

红透山铜矿深部片麻岩力学行为试验研究

为了调查抚顺红透山深部采场围岩体片麻岩的力学性能,以进一步探究该采场出现的轻微岩爆和时效性变形失稳机制,地质岩芯被加工成标准三轴试样,采用 Rockman207硬岩三轴仪对其进行破坏全过程三轴试验、常偏应力卸围压破坏试验和蠕变试验。试验结果表明：由于受片麻理结构影响,试样的波速-密度-强度关联性不强,单轴和三轴强度离散性大;峰后破坏行为在40 MPa围压以内表现明显的硬岩脆性破坏特点,具有诱发岩爆的可能性;常偏应力卸围压应力路径下的强度比常规应力路径下的强度偏低,卸荷中有明显的塑性变形,预示着卸荷路径可能消耗能量,影响岩爆发生;蠕变试验发现,在低应力水平下没有蠕变变形出现,高应力水平下在典型的加速流变破坏前出现了阶跃型变形,试样破坏模式和矿山深部采场出现的时效性片帮在破坏形态上具有相似性。     

焦家金矿全尾砂充填体三轴试验研究

充填采矿法可有效解护采矿生产过程中尾矿库塌陷和环境污染等问题,充填材料主要以水泥作为胶结剂,但普通水泥充填体强度低、充填成本高。鉴于此,以焦家金矿全尾砂为研究对象开展充填体常规三轴试验,以水泥作为对照,对比分析矿渣基胶结剂在不同龄期(3、7、14、28 d)和不同围压(0、50、100、300、500 kPa)下的力学特性。结果表明,矿渣基充填体可有效提升充填体早期强度,其不同龄期的抗压强度均大于水泥充填体。龄期的增加促使充填体从塑性向脆性的转化,围压的增加促使充填体从脆性向塑性的转化。Mogi-Coulomb强度准则比Mohr-Coulomb强度准则更适用于评估焦家金矿全尾砂充填体力学特性随着围压的增加,充填体的破坏特征从张拉破坏到剪切破坏,破坏裂纹分布密度减小；龄期对充填体破坏模式影响不大。试验结果表明矿渣基可解决充填体强度低、固体废弃物堆存等问题,有利于矿山企业可持续发展。