WKC—1型孔内光弹应力条纹记录仪

WKC-1型孔内光弹应力条纹记录仪采用摄影方式,可准确、真实地记录并再现出在矿山井下生产现场中所埋设的光弹应力计的应力条纹图像。本文介绍其结构原理和主要部件的设计。     

光弹性应力计的基本原理及在现场的应用

光弹性应力计是新近发展的一种现场应力测量工具。它是一个中空的玻璃圆柱体,埋于岩石或混凝土的钻孔中,在围岩或外载的作用下,产生人工双折射现象,用光弹仪可测出其双折射条纹,以此判别围岩的应力状态。本文将详细讨论其基本原理以及介绍一些现场应用的结果。     

光应力计应用的若干问题

鉴于光应力计应用中存在一些亟待解决的问题,作者首先从光应力计的作用原理上阐述了它的应用条件与适用场合,然后指出使用水泥砂浆粘结剂应注意的技术问题,介绍现场观测读数的简便方法和色序参考对照表,最后提供了多年来室内率定试验的成果。     

光弹性应力计率定试验的数值模拟研究

应用ANSYS软件对矿岩体内埋设的光弹性应力计率定试验进行了三维有限元数值模拟研究，分析了应力、位移等分布的规律性，同时模拟得到的各种压力比的光应力计条故级数云纹图，可供现场观测时定量使用。     

光弹性应力计在矿山地压观测中的初步应用

光弹性应力计是根据光测弹性力学原理,应用光弹性材料制作的,适用于岩体应力测量的一种仪器。1965年,锡矿山南矿两次大面积地压活动后,根据地压观测的需要,我们曾采用光学玻璃作测片材料,于1966年进行了现场观测试验。1971年我矿又发生第三次大面积地压活动。为满足现场实测的急需,我们一面继续进行试验研究,一面在现场进行较大量的埋设应用。     

用光应力计观测空区充填效果

我矿在大量采用深孔崩矿时期,由于充填工作跟不上,造成了许多大空区(体积从三万米~3到十万米~3不等)。为了观测一些重点空区的支撑矿柱内的应力变化及其与充填的因果关系,我们从七八年起陆续埋设了一些光弹应力计。从长期观测中发现:充填的力学效应与光应力计的条纹变化之间存在着密切关系。本文仅就实测资料作一探讨。     

光弹性应力计条纹图像级数识别研究

针对光弹性应力计条纹图像人工判读存在的问题,首先,在不同级数的条纹图像颜色变化最明显的方向上提取RGB颜色变化的色差向量作为样本,计算待识别条纹图像与样本空间的相关系数,得到初步识别的级数。其次,由于工程实际中条纹图像难以与样本完全一致,使得不同方向得到的初步识别的级数并不一定相同,因此,采用模糊推理方法对初步识别的级数进行综合分析,确定最终条纹图像的级数。实际应用表明,该方法具有较好的识别精度。     

提高钻孔应力计监测煤岩应力的精度试验

针对钻孔应力计在监测煤岩相对应力中存在的初始压力设置不合理、管线长度差异和煤岩体刚度不匹配等问题造成的测量误差,进行了提高钻孔应力计精度的试验研究.采用以电子液压压力机模拟压力环境,不同介质模拟煤岩体,与不同管线长度的KS和KSE型钻孔应力计组成的不同方案进行试验,记录压力机试验力、位移和应力计压力数据,并对试验数据进行回归分析.试验表明:钻孔应力计合理初始压力的设置可根据煤岩介质的弹性模量估算,不同管线长度条件下产生的测量误差每5 m约为1.3 MPa,获得了钻孔应力计与煤岩所组成系统的刚度估算方法.通过采取这些措施进行相对应力监测,能有效地提高相对应力监测的精度.     

某金属矿深部原岩应力测量及地应力场分布规律研究

为了探明某金属矿深部矿体开采区域的地应力状态,准确测量其开采矿体的地应力大小和方向,采用应力解除法,在矿区各中段的巷道内进行地应力现场测试.通过现场实测,得到了矿区5个水平各测点的原岩应力大小和方向,揭示了矿区原岩应力的分布规律.研究结果表明:矿区原岩应力场以水平构造应力为主,各方向应力值随深度增加而增加,岩性的变化对结果影响较小;最大主应力、最小主应力、中间主应力均随深度相对均匀地增长,侧应力系数随深度增加略有减少.     

低品位厚大铜镍矿床原岩应力测试及分析

阐述了用空心包体应变测量技术进行原岩应力测量的基本原理,采用CSIRO HID Cell数字式空心包体应力计对黄山铜镍矿研究区域内的原岩应力进行了现场测试和分析。结果表明,测试区域内的最大、最小主应力方向分别为近水平和近垂直方向,其近水平方向的最大主应力的夹制作用会在一定程度上妨碍矿体的崩落,在矿山自然崩落开采的工程布置和诱导崩落的拉底方式等方面应充分考虑此测试结果的影响作用。     

煤矿地质应力测量及应力分布特征研究

应用煤矿小孔径水下裂缝压裂应力测量装置,对产煤大省的多个小煤矿进行了测量,根据地应力测量数据,分析了煤矿地面荷载分布的特点和趋势。通过实例介绍了浅埋煤矿作业中地质应力的测量结果。测量结果表明浅层煤矿井下震荡受多种因素影响,测量数据方差较大,从埋藏深度看,变化规律不明显;地质测量电压电平相对于井下具有绝对优势。最大主应力水平与垂直主应力的关系比在1.0～3.0;最小主应力水平与垂直主应力之比主要为0.5~2.0;平均主应力水平与垂直主应力的关系比主要在1.0~2.5。同时根据地面应力测量数据,设计锚杆固定参数,提高煤炭资源生产率,降低巷道维护成本,同时保证巷道的安全和保护。     

光弹性应力计在实践中的应用及改进

论述了光弹性应力计在矿山地压监测中实际应用的现状,并简要介绍了其基本原理和使用方法,重点指出了其在实际应用中存在的一些问题和不足,并提出了一些改进方向和思路.     

基于不同应力的水力裂缝形态试验研究

为了研究压裂后的水力裂缝形态,以相似材料成型的试件为压裂对象,利用水力压裂装置,开展了不同应力条件下的水力压裂试验。研究结果表明:二维应力条件下,水力压裂形成单一裂缝的概率大于复杂裂缝的概率;裂缝形态的复杂性与试验应力有关,当三向应力(最大水平主应力、垂直应力、最小水平主应力)的值相差较大时,容易形成单一裂缝形态;当三向应力中有2个值相近,且均与第3个应力相差较大,则容易形成复杂裂缝形态;复杂裂缝形态中的分支缝与最大水平主应力存在不同的夹角,但均沿平行于最大水平主应力的方向扩展;在同一应力条件下,不同试件压裂产生的裂缝形态也不尽相同,与试件的均质性、压裂液的流动路径、破裂面的特征有关。     

原岩应力现场与实验室测试对比研究

为验证利用声发射Kaiser效应法测量原岩应力的可靠性和准确性,对杉木树矿S30+96石门分别采用现场空心包体应变法和实验室声发射Kaiser效应法测量其地应力,最后对比分析了2种测试方法的结果。根据测量结果可知,利用声发射Kaiser效应法与空心包体应变法测得的原岩应力值相对误差分别为最大主应力3.59%、中间主应力10.79%、最小主应力11.04%,2种测试方法所得的结果相对误差较小。此外,现场和实验室得到的3个主应力方向也基本一致。研究结果表明,实验室利用声发射Kaiser效应法测量原岩应力具有较高的准确性,声发射Kaiser效应法测量原岩应力可很好地运用于工程实践。     

综放开采顶煤裂隙扩展的应力驱动机制

为探究采动应力场作用下顶煤裂隙场发育特征,采用室内实验、数值模拟、理论分析和现场实测等方法对综放开采顶煤裂隙场扩展的应力驱动机制进行了分析。顶煤冒放性同采动裂隙发育程度呈正相关,推导出顶煤裂隙发生Ⅰ,Ⅱ和Ⅰ-Ⅱ型扩展的应力场条件和优势扩展裂隙角确定方法,顶煤裂隙扩展与否和扩展类型受到主应力大小和主方向的影响;煤层回采后,顶煤最大和最小主应力均存在超前峰值现象,最大主应力演化存在增大和减小2个阶段,最小主应力则经历增大、减小和反向增大3个过程;煤壁前方最大和最小主应力方向在平行于推进方向的垂直平面(α)内向采空区旋转,两者在平面α内的旋转角度一致,煤壁后方发生反向回旋,最大主应力偏离平面α,最终旋转至工作面倾斜方向;最小主应力在水平面内的旋转角度同推进方向与初始最小地应力方向之间的夹角相等,最大主应力在水平面内不旋转;由于主应力增大和主方向旋转,顶煤裂隙首先发生Ⅰ型扩展,最大主应力峰值附近,顶煤裂隙在高围压作用下发生纯II型扩展,煤壁附近,顶煤裂隙在开挖卸荷作用下发生Ⅰ-Ⅱ混合型扩展,破碎顶煤最终于支架后方冒落;由于主应力方向的旋转效应,顶煤采动裂隙向采空区倾斜,根据顶煤裂隙扩展机理的不同,将顶煤划分为原岩应力区、微裂隙加密区、剪切破坏区、拉剪混合破坏区和散体冒落区。     

深部高应力巷道开挖方向对稳定性影响分析研究

在阿舍勒铜矿深部不同中段选取3个测试点,采用套孔应力解除法进行了现场地应力测试分析,准确确认深部岩体处于较高地应力状态。采用数值模拟计算方法,计算得出最大主应力与巷道轴线夹角分别为0°、30°、60°、90°时的巷道围岩位移场、应力场和塑性区云图,分析了深部高应力巷道开挖方向对其稳定性的影响,得出了高应力巷道开挖时,巷道布置方向与最大主应力方向夹角在30°以内时,高地应力对巷道稳定性影响较小的结论。     

综放开采顶煤裂隙场扩展的应力驱动机制研究

为探究采动应力场作用下顶煤裂隙场发育特征,采用室内实验、数值模拟、理论分析和现场实测等方法对综放开采顶煤裂隙场扩展的应力驱动机制进行了分析。顶煤冒放性同采动裂隙发育程度呈正相关,推导出顶煤裂隙发生I,II和I-II型扩展的应力场条件和优势扩展裂隙角确定方法,顶煤裂隙扩展与否和扩展类型受到主应力大小和主方向的影响;煤层回采后,顶煤最大和最小主应力均存在超前峰值现象,最大主应力演化存在增大和减小2个阶段,最小主应力则经历增大、减小和反向增大3个过程;煤壁前方最大和最小主应力方向在平行于推进方向的垂直平面(α)内向采空区旋转,两者在平面α内的旋转角度一致,煤壁后方发生反向回旋,最大主应力偏离平面α,最终旋转至工作面倾斜方向;最小主应力在水平面内的旋转角度同推进方向与初始最小地应力方向之间的夹角相等,最大主应力在水平面内不旋转;由于主应力增大和主方向旋转,顶煤裂隙首先发生I型扩展,最大主应力峰值附近,顶煤裂隙在高围压作用下发生纯II型扩展,煤壁附近,顶煤裂隙在开挖卸荷作用下发生I-II混合型扩展,破碎顶煤最终于支架后方冒落;由于主应力方向的旋转效应,顶煤采动裂隙向采空区倾斜,根据顶煤裂隙扩展机理的不同,将顶煤划分为原岩应力区、微裂隙加密区、剪切破坏区、拉剪混合破坏区和散体冒落区。     

南屯矿钢铉钻孔应力计监测在冲击地压防治中的应用

介绍了钢铉钻孔应力计监测在南屯煤矿93上03工作面的应用情况,该方法实现了监测煤体内不同深度的应力值,确定最具诱发冲击地压的范围和危险区域.     

井下水力压裂煤层顶板应力监测及其演化规律

针对井下水力压裂过程中未考虑水头压力对煤层顶板地应力的影响,导致煤层顶底板容易被破坏的问题,以松藻矿区同华煤矿水力压裂为例,采用空心包体应力计监测压裂过程中顶板应变变化规律,根据岩石应力-应变关系及检测结果计算出压裂前后煤层顶板地应力增量的大小和方向,分析水力压裂水头压力对煤层顶板地应力的影响规律.结果表明:(1)煤岩体起裂时,顶板主应力增量达到最大值且与煤层起裂压力在数值上基本相等,以煤层起裂方向为基准,主应力的方位角与倾角均发生了相应的旋转;(2)煤层起裂后顶板主应力增量急剧减小,主应力方位角和倾角逐渐恢复至初始状态;(3)停止压裂后,顶板主应力较初始状态均有所增大,主应力方位角和倾角与初始状态基本一致,说明水力压裂能够改变煤层顶板应力状态.     

深部巷道开挖应力演化特征分析

深部高地应力赋存条件下,巷道开挖使围岩的应力受到扰动而重新分布,围岩应力的 变化会导致岩体破坏和损伤,甚至造成巷道的整体失稳。为研究全断面法、台阶法2 种不同开挖 方法下,围岩掌子面轴心、顶底板、边墙、拱肩等关键点位的应力演化规律,依托某煤矿巷道, 运用FLAC3D软件进行数值模拟,定量分析了2种不同开挖方法下关键点位应力大小及应力方向的演 化特征。研究表明：对于2种开挖方法,开挖后各主应力大小趋于稳定时差别较小;对于参考面轴 心监测点,全断面法开挖时最小主应力旋转成平行巷道轴线方向,受下台阶的影响,台阶法开挖 最小主应力最终旋转成竖直方向;对于边墙、拱肩、拱顶、底板、底角等其他关键监测点,最终 的应力状态相差不大,但应力演化路径相差显著,破坏机理也不同;与全断面法开挖相比台阶法 开挖下巷道底板位置处塑性区体积明显偏小,下台阶对底板围岩具有一定的保护作用。深入研究 应力变化对围岩稳定的影响对理论和工程研究具有重要意义,为开展室内实验以及现场工业实验 提供依据。