深部矿山巷道岩爆倾向性预测及防治技术研究

在深部矿山开采过程中,由于高地应力及复杂地质条件,岩爆时有发生。利用多种岩爆判别标准,并结合层次分析-模糊综合评判深部岩体的岩爆倾向性,结合矿山实际情况,提出岩爆防治措施,并根据岩爆支护设计原则,设计了两种可行支护方案,分析应力集中部位、大小等参数以及破坏特征,与矿山原方案作对比,进行支护优化。结果可为矿山开采岩爆防治提供参考。     

开卸压槽防治岩爆的数值模拟研究

随着岩石工程逐渐向深部发展,高地应力导致的岩爆灾害日益凸显,而开卸压槽或是主动降低围岩高地应力、防治岩爆的有效措施之一。为研究开卸压槽对岩爆的防治效果,本文利用离散元数值模拟方法对巷道中不同开槽卸压方案进行了对比分析。研究结果表明：开挖后的巷道围岩环向应力增大、易发生岩爆,在围岩中开槽可在卸压槽周围形成三角形的应力降低区,并将高应力区转移到卸压槽底部,从而达到防治岩爆的效果。但开槽卸压的效果会受其具体位置影响,且在地应力较高(≥50 MPa)时,单独开卸压槽会造成局部围岩破碎,破坏围岩的完整性,进而诱发岩爆。此外,水平侧压力系数较小时,在不同位置开槽释放的弹性应变能近似相等,水平侧压力系数较大时,在巷道顶板处开槽能量释放效果要优于巷道侧帮开槽。因此,在实际工程中,应根据巷道围岩的地应力条件(地应力大小、侧压力系数等)和围岩稳固性选择合适的开槽方式、开槽位置和支护方式来防治岩爆。     

基于声发射测试的岩爆倾向性预测研究

为研究岩石岩爆倾向性与加载过程中声发射特征的关联,建立了不同岩爆倾向岩石加载过程中声发射累积数与应变的定量关系,并对3种不同岩爆倾向性岩石单轴加载下的声发射特征进行了实验室试验,验证了其正确性。当岩石岩爆倾向性较强时,随着应变量的增加,主破裂之前只有零星的声发射出现,并且能量非常小,主破裂之后的声发射几乎没有,而主破裂时的声发射数目和能量都非常显著。当岩石岩爆倾向性较弱时,加载不久就有少量声发射出现,在时间上呈现无规则型、没有声发射率显著变化的阶段出现。     

有岩爆危险巷道的支护设计

岩爆与通常意义上的岩体破坏不同，因此有岩爆危险巷道支护的设计方法也就同常规巷道支护设计有所差别。作者从岩爆的定义、岩爆的强度和岩爆的破坏机理入手，较详细介绍了岩爆破坏巷道的特点以及对支护系统的要求，通过实例介绍了以能量平衡理论为基础进行有岩爆危害巷道支护设计的方法。     

用突变理论预报巷道岩爆发生的可能性

文中进行了巷道岩爆模拟试验,记录岩爆发生过程中的声发射参数,应用空变理论对声发射参数进行分析,建立了巷道岩爆预测预报模型。     

切割槽爆破工艺的优化

针对无底柱分段崩落法中切割槽爆破时的不同爆破方法的对比,提出新式切割槽爆破方法,实践表明,其效果良好.     

花岗岩巷道岩爆声发射信号及破裂特征实验研究

以声发射能量、振铃计数、上升时间和主频作为特征参数,对巷道岩爆实验声发射信号进行聚类分析,得到3类声发射信号。深入分析3类声发射信号特征参数,挖掘其对应的物理意义,揭示其反映的破裂特征。基于能量释放率,确定驱动岩爆灾害形成的主要岩石破裂类型。利用该类破裂对应的声发射信号,进行巷道岩爆预测研究。研究结果表明:第1类信号具有高能量、高振铃计数、低上升时间和低主频的“两高两低”特征,对应高强度、大尺度裂纹稳定扩展;第2类信号具有高能量、高振铃计数、高上升时间和低主频的“三高一低”特征,对应高强度、大尺度的裂纹非稳定扩展;第3类信号具有低能量、低振铃计数、低上升时间和低主频的“四低”特征,对应低强度、小尺度的裂纹非稳定扩展。其中,高强度、大尺度的裂纹非稳定扩展是岩爆灾害形成的主要驱动力,该种破裂类型对应的“三高一低”特征信号,能够为岩爆提供早期预警信息,是岩爆灾害预警研究的重点关注对象。     

地下采矿切割槽形成技术研究

切割槽爆破是采场回采前的最后一道工序,也是关键工序,由于施工条件复杂,一直是矿山开采的难点之一。综合分析国内外矿山现状,根据有无切割天井对切割槽形成技术分为有切井拉槽和无切井拉槽两大类,结合矿山生产实际,对相应的工艺进行了详细的分析研究,对矿山切割形成技术具有积极的指导作用。装备的发展和工艺的创新是切割槽形成技术的发展方向,移动式升降平台、天井钻机掘进天井和多凿岩中心的工艺可在类似矿山推广应用。     

巷道底板卸压槽防治底鼓机理及效果研究

结合余吾煤业北风井东翼进风大巷,底板开卸压槽治理底鼓的实践,利用数值模拟软件计算分析、探讨了底鼓原因及防治机理,同时结合现场实际应用效果,对卸压槽防治底鼓方案进行了优化。认为调整巷帮底部锚杆角度,并在卸压槽两侧打设加长锚杆,可有效控制了底板岩体的碎胀变形,进一步提升了卸压槽治理底鼓的效果。     

裂隙倾角与密度对深部岩体岩爆倾向性影响的数值模拟研究

工程岩体是由节理、裂隙等结构组成的不连续介质体,深部巷道处于高地压、强扰动的复杂工程环境中,裂隙岩体的岩爆倾向性是深部工程安全稳定性研究的重要课题。本文以矿井深部巷道为研究对象,构建裂隙岩体模型;利用数值模拟手段通过单轴压缩试验,分析不同裂隙产状岩体的能量、强度特征。试验结果表明:裂隙弱化了岩体的力学参数,裂隙倾角和裂隙密度是影响岩体强度和岩爆倾向性的重要指标;裂隙倾角越大,岩体所存储的弹性应变能越高,岩体岩爆的可能性越大;裂隙密度对裂隙岩体弹性应变能的大小影响较小,裂隙岩体的岩爆倾向性主要受裂隙倾角的影响。研究成果对为深部工程裂隙岩体岩爆预测提供了科学的依据。     

基于权重融合的多维云模型岩爆预测研究

岩爆是地下空间开发和矿业工程中主要工程地质灾害之一,岩爆倾向性预测是必须解决的岩石工程的重大问题。针对岩爆预测过程中多因素综合影响的特点,采用云雾化理论对权重融合的合理性进行检验,获得检验通过的综合权重,采用多维云模型岩爆预测方法,生成综合多种指标的等级综合云。最后,通过若干组国内外典型岩爆实例验证模型的可靠性和实用性,并与CRITIC-云模型、熵权-云模型和RS-TOPSIS模型对比,结果表明:基于云模型理论的权重融合方法能获得更为合理的综合权重,多维云模型应用于岩爆倾向性预测是有效的,可以直观、快速有效地判定岩爆烈度分级。     

金属矿千米深井高应力特性岩爆发生规律与防治措施研究

针对大红山铁矿进入千米深井开采后,在巷道、竖井和大断面硐室的基建开挖过程中发生的多次不同程度的岩爆动力地压现象等严重的地压灾害问题,首先对千米深部采区的高地应力特性进行了研究,得到了其深部高地应力处于超过亚临界深度的状态,但还没有达到临界深度的总体评价结果;其次采用模糊综合评价法获得了不同岩性在不同埋深的岩爆倾向性,得到了深部采区岩体总体上具有中等岩爆倾向性,在最深-40 m水平的局部,大理岩、片岩和磁铁矿的岩爆倾向性趋于强烈的结论;其次全面统计了基建过程中发生的岩爆案例,获得了岩爆发生与埋深、地应力、岩性等的关系与规律,得到了岩爆数量随埋深的增加呈指数关系增加的规律;最后提出了易爆岩层巷道与硐室的岩爆动力地压灾害的防护措施。     

底板切槽卸压技术在巷道底鼓防治中的应用

根据某矿12230工作面的地质概况,在巷道围岩高强度支护的基础上,采用了底板切槽卸压技术来解决高地应力巷道底鼓问题。结果表明,高应力巷道围岩的变形得到了有效控制,对于维护巷道的稳定性、保证矿井的安全生产具有一定的作用。     

有岩爆倾向的深井巷道岩层支护控制技术

根据冬瓜山铜矿原岩应力测量、岩石物理力学试验、岩体结构调查、数值模拟计算以及工程实际,冬瓜山铜矿深部属高应力(38 MPa)区,存在岩爆倾向性.为此,针对不同的采准巷道提出了支护方法与设计,比如对充填回风道采用"喷-锚-网"支护,对底部结构采用光面爆破和"喷-锚-网 锚索"支护,对出矿口眉线采用超前锚杆预支护等,均取得了较为理想的效果.     

深部巷道岩爆的发生机理及防治对策

通过对平煤十二矿和八矿发生的岩爆现象进行统计分析,发现该地区岩爆现象有一定的规律性,对岩爆现象的性质、发生机理有了初步的认识。实践证明,采用电磁辐射法对岩爆的危险性进行评价及预测预报是可行有效的。通过实施钻孔卸压解围措施,减轻了岩爆发生的危险性和强度。     

深部巷(隧)道围岩的劈裂岩爆试验研究

围岩浅部发生的爆裂松脱、片状剥落、有声响、岩片弹射等岩爆现象,多属于劈裂破坏机制.针对硬脆完整围岩浅部的劈裂岩爆现象,采用辉长岩试样,进行真三轴加卸载试验,真实模拟实际围岩的应力演化并且实现了小主应力方向的单面卸载.为便于对比分析,同时进行了双轴压缩试验,最后根据试验结果分析了卸荷劈裂岩爆机理.两种试验方法均得到了不同程度的劈裂岩爆现象,但卸荷岩样发生劈裂岩爆所需的大主应力比双轴压缩试验下的要小很多;两者的劈裂岩爆范围不同,卸荷劈裂岩爆均产生在卸荷面附近区域,这与实际的岩爆情况一致;中间主应力对围岩发生劈裂及劈裂程度起重要作用;研究结果为分析劈裂岩爆发生条件和劈裂岩爆机理以及工程预测预报提供依据.     

卸压槽对被跨采巷道维护效果的影响

应用卸压槽维护被跨采巷道，是采用人为卸压的方法控制围岩变形，缓解矿山压力地巷这影响。卸压槽在巷道周边的开槽位置，间距，卸压槽内的支护情况，对卸压效果关系密切。     

全面垂直孔回采切割槽工艺分析研究

切割槽施工是井采矿山采矿环节中最重要的组成部分,也是各矿山生产中研究的重要课题,结合生产实际并通过认真分析,提出了全面垂直孔侧向挤压崩落法,用于切割槽回采工艺流程,相对现有采用的工艺流程,更具有科学性、经济性、安全性。     

煤矿掘进巷道槽波超前探测试验研究

针对掘进巷道前方断层展开槽波超前探测的试验研究,通过槽波探测试验确定合理的激发接收参数,并采集高质量槽波记录.利用包络叠加偏移、绕射偏移和椭圆画弧偏移3种数据处理方法对槽波记录进行成像.试验结果表明,在掘进巷道内开展槽波探测可以有效地探测前方断层分布情况.