岩芯饼化影响因素分析

以三山岛金矿地质勘探钻孔取芯为研究背景,通过统计调查,岩芯饼裂形态分为三种:饼面相对平整、饼面呈凹凸状以及岩芯裂而未断。基于该矿区岩性以及地应力环境,通过FLAC~(3D)数值模拟进行分析。以加载围压大小、岩芯直径为自变量,分析围压以及岩芯直径对岩芯饼裂的影响。以岩石弹性模量、内聚力以及内摩擦角为自变量,分析各种岩石力学参数对岩芯饼裂的影响,通过分析,发现不同岩石力学参数条件下的岩芯饼裂破坏形式分别为张拉破坏、剪切破坏以及拉剪复合破坏。不同破坏形式所形成的岩饼形态也不同:张拉破坏导致饼面相对平整,剪切破坏导致饼面呈凹凸状。通过数值模拟分析,揭示了岩芯饼裂条件以及岩饼三种形态形成机制,为研究岩芯饼裂以及根据岩芯饼裂反演地应力提供有益思路。     

围压加载条件下岩体损伤特征实验及数值模拟分析

为了研究煤岩动力灾害的发生机制,分别对3种不同强度的混凝土试样进行了单轴压缩实验和围压加载实验,并利用声波发射仪器对围压加载条件下试样破坏过程进行监测;采用数值模拟方法,从微观层面观察试样的损伤特征。实验结果表明:围压加载条件下试样破坏类型单一,在试样中部附近发生拉伸断裂。模拟结果表明:试样初始破坏是在纵向拉应力的作用下从岩体内部开始,逐步沿横向向两边扩展;当围压使纵向拉力达到了岩体的抗拉强度时,继续增大围压,初始破坏区域扩大直至发生瞬间断裂。     

微型圆柱状岩样钻进参数室内试验研究

针对钻孔局部壁面应力全解除法地应力测量时,需要在钻孔侧壁上钻切出直径为30mm、长度不小于40mm的微型"悬臂梁"状圆柱形岩样的要求,设计了一套钻切微型圆柱状岩样的室内试验平台。分别以单位时间的钻进深度、钻压、钻头转速作为钻进控制模式,研究了在红砂岩、大理岩、花岗岩3种长方体岩块上钻切微型圆柱状岩样的钻进效果,结果表明,以钻头转速作为钻进控制模式比较理想。定量给出了用于钻孔局部壁面应力全解除岩样切割钻进时的钻头转速、钻压、以及马达功率参数的建议选用范围,从而为开发基于钻孔局部壁面应力解除法的侧壁岩样切割工具提供了参考。     

射流辅助钻进技术研究及应用

钻孔预抽是目前抽采煤层瓦斯的主要方式,钻孔深度是影响煤层瓦斯抽采效果的重要因素。普通钻进过程中钻具前方会形成高围压区,限制了钻孔的深度。提出了1种新的射流辅助钻进理念,通过射流超前切割来消除钻具前方的围压,降低钻进难度,提高钻进深度。在上述基础上,研究了围压对煤体力学性质的影响,分析了射流辅助钻进过程中的破围压理论,并开发了新式射流钻头,同时进行了现场工业性应用。研究表明,高围压会显著提高煤体的极限破坏强度,增加钻进难度;利用射流能够有效的破除围压区,降低钻进阻力;射流钻孔深度明显高于普通钻孔,平均深度提高了25%,有利于瓦斯抽采。     

基于分形维数的三轴压缩下泥质粉砂岩力学特性研究

为研究不同应力环境下泥质巷道围岩的变形破坏特征，选取典型泥质粉砂岩岩样，开展了三轴剪切试验，获得了不同主应力加载速率和围压下泥质粉砂岩的应力应变曲线。并采用FLAC3D数值模拟软件对三轴剪切试验结果进行验证，发现增大试验机主应力加载速率以及围压均能提高岩石试件抗压强度。同时，通过收集岩样碎屑，采用“粒度-数量”分形维数研究方法，分析了岩样的破坏规律。发现主应力加载速率、围压越大，试件破坏程度越低，碎屑分形维数值就越小。以上结果表明，主应力加载速率和围压能够有效减缓岩石试件的裂纹扩展速度，减缓岩石试件损伤的发展，增强其抗压强度，同时降低试件破坏后所表现出的破碎性。     

阿尔哈达铅锌矿深部地应力分布特征及其应用

阿尔哈达矿区随着开采深度加大,地应力环境复杂,围岩变形破坏严重.为了保障后续工作的顺利开展,采用应力解除法对矿区５个水平中段共５个测点进行了地应力测量,并以地应力场模型为基础,分析矿区地应力的空间分布及应力场与地质构造的关系.研究结果表明:地应力场的最大主应力和中间主应力接近于水平方向,最小主应力接近于竖直方向;实测 最 大 水 平 主 应 力 与 垂 直 应 力 的 比 值 为 １．２０~１．４０,水平应力为主导地应力,最大主应力的平均方位角为２６７°.在盘区采场开采过程中,围岩应力向外部转移,采场顶部以及采场联巷与溜井交会部位应力最为集中;在最大主应力作用下,阿尔哈达矿区 NE向断裂构造呈现出压扭性特征,实测最大主应力方向与区域构造应力场的方向相同.     

煤田地质钻探中水敏性地层护壁问题及解决办法

复杂地层钻探工艺的研究是钻探工程的难题,钻探工艺直接关系到钻探施工能否达到设计孔深,钻孔质量是否满足设计要求.绳索取芯工艺岩芯采取率高,钻进速度快,劳动强度小,体现出强大的优越性.普通钻进对地层的适应能力强.在坍塌、破碎、水敏性地层,膨胀性地层,采用普通钻进更体现出它的经济性与适应性.     

不同加载速率对类软岩三轴峰值强度的试验研究

利用相似材料配制类软岩试件,对类软岩试件进行不同围压下不同加载速率的三轴破坏室内试验,分析了不同围压下不同加载速率对类软岩的应力应变曲线、三轴峰值强度、轴向应变等物理参数的影响。得出结论,相同围压下,类软岩试件峰值强度、应变整体上随加载速率增大先升高后降低,但相比围压为0的环境,峰值强度降低缓慢;相同加载速率下,围压越高,峰值强度和应变越大;加载速率为0.5 MPa/s时,相邻围压间的峰值强度差值较为均等。     

深井扇形组合孔短延时爆破裂纹扩展模拟研究

提出了一种扇形组合孔短延时爆破的构想,即在常规的每排扇形崩落孔中间增加一排致裂孔,崩落孔与致裂孔之间短延时间隔起爆。使用ANSYS/LS-DYNA对不同延时时间及不同围压加载条件下的爆破方案进行数值模拟研究,发现高应力环境下常规扇形孔爆破无法形成有效爆破漏斗,扇形组合孔短延时爆破则损伤破裂更加有效、破岩效果更好。此外对不同围压条件下的裂纹扩展进行分析,爆破裂纹扩展趋向于最大主应力方向。数值模拟及现场工程实践证实,当最大主应力方向与扇形崩落排孔成一定小角度,即平行崩落排孔方向加载较大围压、垂直排孔方向加载较小围压时,扇形组合孔短延时爆破不仅可以改善岩石破碎效果,也可以有效保护后排炮孔和保留岩体。     

宣东二号煤矿地应力测量及分布规律研究

 采用应力解除法,对宣东二号煤矿砂岩和辉绿岩两个岩层中进行三维地应力测试,并对获得的含有应变计的套孔岩芯进行了室内围压率定试验。结果表明：各个主应力均为压应力,没有出现拉应力的现象;矿区以水平构造应力为主,最大水平主应力的值在64.93～73.61MPa范围内变化,方向基本上为SW-NE,竖向主应力接近上覆岩体的自重应力;各测点的最大剪应力较大,其值均大于20MPa。测量结果为矿井采场合理布局、巷道布置选择和锚杆支护设计提供可靠依据。     

汤丹铜矿深部三维地应力分布规律及矿区结构面特征研究

摘要：汤丹铜矿1218m中段探矿工程出现地应力集中现象,巷道大变形、岩层移动加剧。为采空区稳定性数值模拟提供原岩应力场,采用单孔3段套孔应力解除法对3个中段进行三维地应力测试,获取了垂直方向9组地应力数据,将解除的试件进行围压率定试验,判定12个应力片的工作状态。三维地应力测量结果表明：最大主应力、中间主应力和最小主应力随深度基本呈线性增长;当深度达1130m时,最大主应力值为41.29MPa,与水平面夹角为-1.15°,方位角179.37°,水平主应力与自重应力比值为1.35-1.47,说明矿区存在较大的构造应力场。将测量结果与区域构造和结构面产状结合分析发现,主应力方向与断层和结构面走向一致,与巷道工程布置垂直或大角度斜交,研究成果对深部回采和井巷工程布置具有重大意义。     

深部巷道破坏分区破裂规律三维相似材料实验

为了探究不同应力状态下巷道围岩的分区破裂规律、影响因素,选择沙土材料为相似材料进行三维模拟实验。试验采用3种加载方式：双向加载、 “圆筒模型加载”和真三轴加载,分别模拟不同采深时围岩的应力状态,巷道的断面形状分别选取了圆形、方形。模型试验研究表明：分区破裂属于空间剪切带破坏,平行于硐室轴线方向应力较大(约是材料抗压强度的1.6倍以上)是形成分区破裂的重要条件。影响分区破裂的因素有围压的大小与分布,开挖巷道所在岩层的相邻岩层性质。围压大且均匀,分区破裂范围大,围压较小且不均匀,分区破裂不明显。层与层之间材料不同时,会影响到裂纹的扩展。而硐室形状对分区破裂的影响因素较小。圆形、方形硐室周围都出现了分区破裂现象。     

龙桥铁矿地应力测量及分布规律研究

采用空心包体应力解除法对龙桥铁矿进行地应力测量,对套孔岩芯进行围压率定试验,得出弹性模量和泊松比,根据计算公式得出主应力大小并判断其方向。结果显示:龙桥矿区的主应力为水平应力,应力值相对较高,方向为北西向。通过对龙桥铁矿进行地应力测量,掌握其分布规律,为今后矿山开采设计及施工提供基本依据。     

大理岩脆－延性转换的微观机理研究

为探讨高水压对大理岩变形、强度、脆－延转化特性及破坏断裂损伤劣化的影响，取锦屏二级水电站引水隧洞大理岩分别进行高水压、高围压、低围压作用下全应力－应变过程三轴压缩对比试验，对大理岩破坏断裂断口进行微观扫描电镜试验，分析不同工况条件下大理岩断口微观形貌特征.结果表明，在低围压作用下莫尔强度包络线近似为线性，在高围压作用下莫尔强度包络线为非线性.高外水压力的存在抑制了岩石脆性向延性的发展，降低了岩石的强度，对软化区裂纹的扩展起到加剧作用.通过微观数字图像实验分析可知，高围压比低围压条件下大理岩断口裂纹长度小、密度大，分布均匀.给出了高水压、高围压作用下岩石破裂产生的微观损伤力学机理，为进一步分析高围压、高内外水压条件下非圆形洞室围岩失稳破坏提供了可靠的理论依据.     

温度及应力对黏土岩渗透损伤特性的影响

为了探索温度及应力对黏土岩渗透和损伤特性的影响,从试验和理论模型出发,开展了黏土岩在不同温度及应力环境下的强度、变形特征,以及渗透特性和损伤演化过程的研究。研究结果表明:温度对黏土岩具有明显的损伤劣化作用,温度越低,围压越高,黏土岩的强度越大;相同围压下,温度越高,相应的渗透性越强,相同温度下渗透率随围压升高而减小;黏土岩的渗透系数随应力加载经历了"减小—增大—略有回落"3个阶段,体积应变拐点是渗透性由减至增的分界点;温度越高,围压越小,"实损伤"发展越快。基于试验结果,建立了温度—渗流—应力三场耦合计算本构模型,该模型能较好地模拟各温度及应力环境下黏土岩的渗透变化过程。     

断裂构造对岩体应力场及巷道围岩稳定性的影响

针对赵庄矿断裂发育、强烈矿压显现和巷道支护困难等现象,基于常见断裂模型,应用数值模拟研究了断裂构造影响范围内应力场变化特征。在模拟结果基础上,根据最大水平应力理论探讨了回采巷道所出现的应力分布特点及其受到破坏的原因。研究结果表明:断裂构造使其附近岩体主应力方位和量值发生变化,最大主应力方向发生偏转,应力分布及方向复杂化;随巷道轴向与最大水平应力夹角增大,最大水平主应力对顶、底板的影响程度增大。     

深海硬岩岩芯保真取样技术的研究

介绍了一种采用水力方式输送转移硬岩岩芯的深海硬岩保真取样技术。利用该技术,可在深海钻取硬岩岩芯后,将岩芯从取芯钻具中释放,然后采用水力输送方式将裸岩芯转移送入取芯钻机附带的深海保真装置中;并且当岩芯从深海底回收后,可在保真状态下将裸岩样转移送入实验室中的后续长期保真实验设备中。从理论上分析了水力输送转移岩芯的原理及影响因素,并通过实验进行了验证。简要介绍了一种采用该技术设计的深海硬岩保真取芯器的结构和工作原理。     

绳索取芯钻进技术在良家矿区的应用

良家矿区施工难度主要表现为:裂隙发育,漏失严重,砂岩吸水,易缩径;泥岩及煤层地段遇水后极易产生膨胀、崩塌,造成钻孔坍塌、埋钻事故。钻孔施工还需穿过断层,断层带岩芯松散破碎,护壁困难。结合103孔,对整个矿区的钻探技术研究结果进行了介绍,总结出该区段的钻探工艺,研究出绳索取芯钻具实行三级配套方案,在施工中采用合理的钻孔结构,用套管隔离不稳定地层,在钻进中合理选择金刚石钻头,保证泥浆质量等技术措施,并对不同地层条件下的钻进参数、冲洗液配方和钻进方法进行了介绍。通过良家矿区勘探应用实例,证明该方法可有效缩短工期,提高经济效益。     

李官集铁矿地应力的测量与分布特征研究

采用应力解除法,对李官集铁矿-120、-220和-320 m 3个中段进行了8个测点的三维地应力测试,并对获得的含有应变计的套孔岩芯进行了室内温度标定和围压率定试验。结果表明：各个主应力均为压应力,没有出现拉应力的现象;矿区以水平构造应力为主,最大水平主应力的数值在10.29～22.16 MPa范围内变化,方向基本上为SE-NW向,竖向主应力接近上覆岩体的自重应力;各测点的最大剪应力较大,其值均大于2 MPa。测量结果为矿井采场合理布局、巷道布置选择和锚杆支护设计提供了可靠依据。     

加载与卸载过程瓦斯抽采钻孔变形特征

抽采钻孔的稳定性影响到抽采工程效果的好坏。工作面回采过程中,由于支承压力随工作面推进的移动,采动影响范围内的抽采钻孔受到加载、卸载应力的作用。为得到加卸载条件下抽采钻孔变形及破坏规律,采用数值模拟的方法对不同应力变化速率下钻孔的破坏进行了计算,共设计10种计算方案,得到了不同加卸载应力变化速率下的钻孔塑性区分布范围及孔壁位移曲线。同时依据数值计算得到的卸载应力变化速率与孔壁变形相互关系,建立了考虑卸载应力变化速率的钻孔周边切应力计算模型。研究结果表明:加载过程中,加载速率对钻孔周边的破坏范围及孔壁位移不产生影响;卸载过程中,钻孔周边破坏范围与初始卸载应力及卸载速率相关,在进行抽采钻孔布置时需综合考虑钻孔的受载力学特征。