不同分级循环加卸载模式下岩石能量 演化规律研究

为了深入分析循环加卸载过程中岩样能量演化规律,设计了3种不同的单轴循环加卸载试验,详细分析了不同分级循环加卸载模式下的总吸收能、弹性应变能、耗散能、塑性变形能等参数的演化特征及其相互关系,建立了耗散能与循环应力等级、循环加卸载次数变化的演化方程。结果表明:1)随着循环加卸载应力等级的提高,耗散能Use和塑性变形能Ue呈现非线性增加的趋势;2)岩样在第3种循环加卸载模式下,整体上耗散能Use和塑性变形能Ue表现出"U"形变化的规律,在第Ⅰ级和第Ⅱ级循环荷载下强化效应突出,而在第Ⅲ级和第Ⅳ级循环荷载下扰动效应突出;3)循环加卸载上限应力不变,下限应力减小时,循环荷载对岩样的损伤效应比其强化效应明显;4)循环加卸载作用下岩样的耗散能Use与循环荷载应力等级、循环次数相关,可以采用非线性曲面较好的拟合,这为采用耗散能Use来定量分析循环加卸载过程中岩样的损伤奠定了较好的基础。     

冲击地压事件AE与压力耦合前兆特征分析

以华亭矿区砚北煤矿为背景,对开采过程中冲击地压事件的声发射(AE)与压力前兆特征进行了分析.分析结果表明:在冲击地压发生前,冲击地压“源”处的岩体内部声发射和压力呈现出一定的相关变化规律,即表现出明显的前兆特征和相互耦合模式:“升压平静—降压活跃”模式,即压力变化整体趋势为上升时,声发射进入平静期,当压力变化整体趋势为下降时,声发射表现活跃;“升压降压平静”模式,即当压力上升和下降期间,声发射均处于平静期.这种特征和模式可以作为冲击地压事件预测的判别依据.     

二长花岗岩三轴压缩下声发射特征围压效应的试验研究

 岩石材料在受载情况下,发生变形和内部破裂,储存的部分能量以应力波的形式释放出来,产生声发射现象。采用三轴压缩试验和声发射试验,研究玲珑金矿二长花岗岩声发射特征与力学参数之间的关系。结果表明：(1) 岩石试样在三轴试验条件下,其声发射特征基本符合岩石加载破坏过程中的4个阶段,其中压密阶段在围压对岩石材料的压实作用下没有明显体现出来。(2) 通过分析围压对岩石记忆效应的影响得出,在相对低围压水平时,Kaiser效应显著性会随轴向应力水平提高而降低,Felicity效应显著增大;随着围压水平的提高,Kaiser效应显著增大,Felicity效应显著降低。(3) 在声发射法测量地应力过程中采用三轴试验更为适合,三轴试验可消除应力环境不同和高应力水平Kaiser效应模糊所引起的误差,使测量值更接近实际岩体所处的应力状态。(4) 随着围压水平的提高,岩石的抗压强度随之提高,岩石破裂前夕声发射特征参数呈现突发性特征,表现为突然激发出高能量振铃计数率、能量累积迅猛增加,并且伴随没有峰后曲线的岩石突然破裂现象。     

基于区域应变效应的冲击地压孕育及预警机制

冲击地压等动力灾害孕育、诱发过程有采场范围外更大规模工程岩体的参与,为探明此类灾害与区域应力场之间的相关性、冲击灾源体与周边区域应力环境之间的耦合致灾机制和定量关系,基于应力连续监测技术开展了冲击地压灾害的区域应变效应观测与特征分析。建立了针对冲击地压矿井区域应力监测的钻孔应变观测系统,实现了采场及冲击"相关区域"地层应力的动态监测;提出了钻孔应变数据特征分析参量"应变比速率"的概念,用于量化分析区域应力的演变趋势。研究表明,矿山开采中的冲击地压孕育、诱发过程伴随着区域应力场的调整,且钻孔应变实测数据验证了传统采动影响范围以外更大区域的应变效应;冲击地压发生前,相关区域的钻孔应变出现了"增高→极大值→降低→趋于稳定值"的"凸"型变化过程;应变比速率呈现出"0→正→0→负→0"变化过程,为分析冲击地压灾害孕育状态及预测预警提供了新的判断依据。     

冲击地压事件AE与压力耦合前兆特征分析

以华亭矿区砚北煤矿为背景,对开采过程中冲击地压事件的声发射（AE）与压力前兆特征进行了分析。分析结果表明：在冲击地压发生前,冲击地压“源”处的岩体内部声发射和压力呈现出一定的相关变化规律,即表现出明显的前兆特征和相互耦合模式：“升压平静-降压活跃”模式,即压力变化整体趋势为上升时,声发射进入平静期,当压力变化整体趋势为下降时,声发射表现活跃;“升压降压平静”模式,即当压力上升和下降期间,声发射均处于平静期。这种特征和模式可以作为冲击地压事件预测的判别依据。     

基于声发射试验与线弹性能判据的玲南金矿岩爆研究

 以玲南金矿深部赋存的中粗粒二长花岗岩、蚀变带矿石为研究对象,现场取样并使用GAW–2000型微机控制电液伺服刚性压力试验机进行单轴压缩破坏试验,借助AE21C声发射检测系统对试件的加载破坏全过程进行声发射响应信号记录;通过对试验结果进行分析,揭示玲南矿区深部赋存两种岩石的破坏及声发射响应特征;在室内岩石力学试验与现场调研的基础上,结合线弹性能判据,确定玲南金矿十九中段不同岩石的岩爆倾向性,并通过将判别结果与声发射结果、现场情况进行对比,发现中等岩爆倾向的岩石的声发射能量累积计数是低等岩爆倾向值的15倍以上,因此对于借助室内声发射测试技术的能量累积计数率来快速判断岩石岩爆倾向性具有一定的参考价值,并可在进一步的研究中将其应用到现场预测当中。     

西部矿区弱胶结地层工程围岩稳定性控制研究进展

我国西部矿区开采地层主要由侏罗系、白垩系地层构成,该地层岩石总体表现为强度低、胶结性差、易崩解等特性,属于弱胶结岩石。弱胶结地层工程围岩与中东部矿区地层岩石差异性较大,工作面顶板控制、巷道围岩控制等采用传统的控制技术很难有效保障工程的安全性,常出现巷道大变形失稳、工作面压架、突水、溃沙、冲击地压等灾害。通过大量的调研和室内试验,获得弱胶结岩石抗拉、抗压等力学指标远小于中东部矿区同类岩石力学指标,建立了多因素耦合作用下的弱胶结岩石的变异程度评估指标体系,初步获得了典型矿区弱胶结岩石的变异性程度。以红庆河煤矿弱胶结岩石为例,发现了弱胶结岩石在力、水等载荷作用下,具有“类相变”现象,分析了胶结度对类相变现象的影响,给出了弱胶结粗粒砂岩的“类相变”状态特征及其敏感性参数。分析了导致工作面支架压架、突水溃沙灾害发生的覆岩垮落带、断裂带动态发育规律以及巷道围岩大变形规律,推演了弱胶结地层大采高工作面不同开采阶段垮落带动态变化表达式,建立了支架-围岩相互作用模型,给出了工作面来压和非来压期间支架工作阻力;针对弱胶结地层的松散弱特性,提出了巷道围岩双壳加固技术,可为工作面安全开采和巷道围岩控制提供保障...     

初始应力场岩体稳定性与冲击地压动力灾害相关性研究

从材料的强度理论出发,建立量化分析原岩应力场下岩体稳定性的评价方法,并分析了岩体初始稳定性与冲击地压动力灾害发生的相关性。以莫尔-库伦强度理论为基础,推导出莫尔-库伦应力(Wσ)评价指标,以反映岩石破坏前某一应力状态下岩石材料体接近极限破坏强度的程度。Wσ在单轴压缩、单轴拉伸、三向受压、压缩-拉伸等岩石应力状态下,都能表现出应力状态接近极限的程度,Wσ越接近1,岩石越接近破坏极限,原岩稳定性越差。运用Wσ描述岩体初始地应力场状态能够表达出岩体所处应力状态与极限状态的接近程度,有助于判断初始应力场下的岩体稳定性。岩体初始稳定性越差的区域发生冲击地压动力灾害的概率越高,依据Wσ划分稳定、较稳定、中等稳定、较低稳定、低稳定5级稳定区,对原岩初始稳定性进行评价,为预测工程活动所引发的冲击地压等地质动力效应提供参考。     

固体潮汐应力与矿震触发之间的相关性及其作用机理分析

矿震的发生与地球固体潮汐活动存在一定相关性,为进一步探明固体潮汐应力对矿震的触发作用,本文以国内典型冲击灾害频发的华亭煤田矿区为研究背景,采用Schuster检验方法对发生在顶板中的矿震进行了固体潮日潮变化的统计分析。结果显示:1)固体潮汐应力对矿震的发生存在显著触发作用,矿震发生的频次与潮汐应力垂直、东西、南北和水平剪应力分量的相位角之间都有显著的相关性,Schuster检验P值均小于触发阈值0.05;2)潮汐应力对不同级别矿震触发作用存在差异,随着震级的增大,矿震的发生由重力控制转为构造应力控制;3)对不同类型矿震的触发力学作用不同,对于重力控制的中小型矿震,潮汐应力垂直分量最大(受压)、水平分量最小(受拉)时矿震较易发生,而构造应力控制的大级别矿震则与之相反;4)矿震活动也会造成相关区域地层中的钻孔应变时序形态产生畸变。