西周岭隧道地应力测量及岩爆预测分析

为指导施工,提高施工的安全性和经济性,对西周岭隧道进行了钻孔水压致裂法地应力测量.测试结果表明:西周岭隧道深埋段地应力场以水平应力为主,在测试深度内最大水平主应力值为10.57～19.39MPa,具中等偏高应力水平;最大水平主应力方向为近N33°W,与隧道走向的夹角较小,即地应力对隧道围岩稳定性较为有利.基于地应力实测结果,本文采用Hoek判据、Turchaninov判据、Russenes判据和工程岩体分级标准等4种判别方法进行岩爆预测,并分析了发生岩爆的临界深度,认为西周岭隧道深埋段有发生轻微-中等岩爆的可能,发生岩爆的临界埋深厚度约为397m.因此,在施工过程中应采取合理的开挖方式及防岩爆安全措施,防止岩爆灾害的发生.     

套孔应力解除法与声发射法在新城矿区深部地应力测量中的对比研究

为得到新城金矿深部区域的准确地应力分布,分别采用应力解除法和声发射法对该矿区深部进行了地应力测试,得到了不同测量方式下深部地应力的分布规律。采用定向扰动最小二乘法多元回归来提高套孔应力解除法的6个应力分量的求解精度,并采用空间坐标变换公式和LUT-str三维地应力计算程序对地应力大小和方向进行了计算。使用应力解除法测量了-830～-1 030 m之间4个水平6个测点的地应力,使用声发射法测量了-950～-1 150 m之间3个水平3个测点的地应力,计算得到相应的地应力及其分布规律。2种方法测量结果对比表明:深部地应力以水平应力为主,最大水平主应力为NWW-SEE向,二者测得的最大水平主应力、垂直主应力和最小水平主应力具有较好的一致性。     

昌黎地区深孔水压致裂地应力测量及其应力状态研究

河北东部昌黎地区在单元划分上处于燕山块陷与冀渤块陷接合部位,区内地质构造复杂。为了掌握该区域现今应力场分布规律,采用深孔水压致裂技术开展了钻孔原位地应力测量工作,并获得了该区首个钻孔地层中17个测段的应力状态。测量结果表明:该地最大水平主应力与垂直主应力平均比值为1.47,反映出区域地应力场以水平应力为主导的特点;最大水平主应力为4.04~13.95 MPa,方向NEE,与新构造活动及现代震源机制所反映的区域构造应力场方向一致。测量结果可为区域地壳稳定性评价提供科学的依据。     

高渗透压和不对称围压作用下深竖井围岩损伤破裂机理

随着矿产资源开采深度的不断增大,地应力、地温和孔隙水压随之显著增大,岩石的非线性力学行为更加凸显。针对高渗透压和不对称围压作用下深竖井围岩损伤破裂问题,构建了流固损伤耦合效应力学分析模型,分析了流固耦合条件下深竖井开挖围岩有效应力,探讨了孔隙水压及地应力场对围岩损伤破裂演化的作用机制。研究结果表明:孔隙水压及孔隙水压梯度越大围岩损伤破裂区面积越大,围岩损伤破裂区面积随围岩渗透率的减小逐渐增大并趋于稳定;地应力场对围岩破裂形态具有重要控制作用,最大水平主应力与最小水平主应力差异较小时,围岩损伤破裂区集中在最小水平主应力方向,以剪切损伤为主,最大水平主应力与最小水平主应力差异较大时,在最大水平主应力方向上会产生拉伸损伤破裂区。值得关注的是,由于孔隙水压的存在,最大有效水平主应力与最小有效水平主应力之间的比值增大,即围岩发生拉伸破坏的风险增大。本文研究表明,竖井选址和设计过程中应避开构造应力大、孔隙水压大的区域,从而保障井筒施工安全。      

地应力测量在夜长坪钼矿区的应用研究

随着夜长坪钼矿开采深度的逐渐加深,地压危害日益显著,测量该区地应力的分布规律,可为矿山的进一步开采设计和安全生产提供基础资料.研究采用先进、可靠的套孔应力解除法进行地应力测量,分析得出夜长坪钼矿区最大主应力的倾角(与水平面的夹角)大部分较小,位于近水平方向,方向表现出较好的一致性,均为北北东向,3个主应力均随着深度的增...     

地应力对煤层深孔聚能爆破致裂增透的作用

针对地应力对煤层深孔聚能爆破致裂增透问题，在分析钻孔围岩应力场、爆生裂隙扩展及动态卸载效应的基础上，对不同地应力条件下聚能爆破作用过程及裂隙发育特征进行了数值模拟，并通过在不同埋深下的聚能爆破现场试验，探讨了地应力对煤层深孔聚能爆破致裂增透的作用。结果表明:在高地应力煤层进行深孔聚能爆破时，地应力在煤层深孔聚能爆破裂隙扩展不同阶段的作用存在较大区别，在未进行聚能爆破时，钻孔围岩应力状态及形变特征由钻孔形态以及地应力共同决定。在聚能爆破作用初始阶段，由于聚能爆破对围岩产生的冲击作用明显强于地应力，因此爆生裂隙在初期的扩展方向主要由聚能装药结构控制，沿聚能槽开口方向形成定向裂隙；随着裂隙向四周扩展，爆破作用逐渐减弱，地应力作用逐渐显现，钻孔围岩在地应力作用下产生切向压应力，限制了爆破径向裂隙扩展。同时，与主应力方向不同的煤体裂隙在较强的剪应力作用下逐渐沿最大主应力方向偏转。当爆破作用产生的等效动态应力无法继续使煤体进一步压缩时，钻孔围岩内积聚的弹性应变能开始朝爆破中心方向释放，形成新的裂隙。此外，不同方向上的裂隙扩展范围受侧压系数控制，当垂直主应力一定时，随着侧压系数增大，最小主应力方向的裂隙范围进一步减小。      

图古日格金矿地应力测量与分析

为解决图古日格金矿由于矿脉分布复杂、地质构造多样导致的采场矿压剧烈、矿脉方向杂乱等问题,使用空心包体式三轴应变计,采用钻孔应力解除法对图古日格金矿6个测点进行了系统地地应力现场实测。测量结果表明：井下为典型的构造应力场类型,最大水平主应力方向为近NE,与地质构造挤压运动的结果吻合,属于中等应力值区域,矿脉方向与最大主应力方向近垂直。地应力分布特征为该矿生产设计与矿压控制工作提供参考,为找矿方向提供初步判断。     

滥泥坪铜矿三维地应力测量及巷道布置优化研究

随着矿山开采深度的持续增加，深部高地应力作用下矿区的地压灾害发生率逐渐增长。为使矿区能够安全合理地开展生产工作，准确测量区域内的地应力分布情况，并在此基础上进行巷道布置优化研究很有必要。采用套孔应力解除法对滥泥坪深部3个中段进行三维地应力测试，并对三维应力场分布特征进行分析。测量结果表明：滥泥坪矿区应力随深度基本呈线性增长，实测的各中段最大主应力值在28.62~43.10 MPa之间，原岩应力场以水平构造应力为主，总体表现为NNW-SSE向，根据测量结果调整巷道布置方向并建立三维地质模型对巷道稳定性进行分析，研究结果对巷道布置和矿山安全生产具有重要的指导意义。     

金川二矿区地应力特征及其对巷道变形破坏的影响研究

随着地下工程建设不断向地球更深处发展,高地应力已成为影响深部巷道围岩稳定性的关键因素.针对金川二矿区高地应力问题,总结研究区地应力分布特征,采用离散元数值方法计算了3种不同地应力条件下巷道围岩的变形破坏过程.所得主要结论包括:(1)研究区地应力分布离散性较强,已测最大主应力多数为水平方向,但随着埋深的增加,竖直主应力逐...     

龙门山矿区套孔应力解除法测定原岩应力

为优化龙门山矿区开采顺序和巷道设计,原岩应力测量非常必要。文中详细介绍了应用套孔应力解除法测定矿山原岩应力,对龙门山矿区原岩应力进行了实际测定,得到了矿区原岩应力大小、方向等参数及其分布规律,结果显示：矿区原岩应力随深度增加而增大,水平应力为最大主应力,主应力方向与巷道走向基本一致,巷道设计合理。     

锦丰金矿深部地应力测量及分布规律分析

锦丰金矿矿体最大埋深900 m以上,目前已逐步转入深部500 m开采,区域地应力明显增大,巷道支护体开裂变形、片帮、底鼓等问题日益突出。为了切实掌握深部地应力的实际状态,采用空心包体应力解除法和DCDA法测得标高157 m、90 m、24 m、-59 m共4个标高段的9组应力数据,结果显示:深部最大水平主应力方向为北东向,在90 m水平以上,地应力以垂直应力为主;90 m以下逐步转为以水平构造应力为主。采深最低处90 m标高最大水平主应力为17.3 MPa。通过数据趋势拟合推测矿体埋深最深处-250 m标高的最大水平主应力将达到42.97 MPa。本次地应力实测成果可作为矿山深部巷道工程布置和支护方案设计的重要依据。     

平煤十矿地应力测量及其应用

平煤十矿采用三维套孔应力解除地应力测量技术和具有温度补偿功能的空心包体应变计,完成了矿区6个水平、11个测点的现场地应力实测,最大测点深度达到1123 m.这是我国煤矿首次采用应力解除法进行系统的矿区地应力测量并且测量深度超1100 m.通过测量获得了矿区11个测点的三维地应力状态,揭示了矿区地应力场的分布规律,建立了矿区地应力场模型.针对平煤十矿是我国典型的高瓦斯矿井、深部采矿存在引发煤(岩)爆和瓦斯爆炸的高危险性,本文提出:根据实测地应力数据,采用数值模拟技术,定量计算开挖扰动引起的开采煤层和围岩中能量聚集状况及其随采矿过程的变化规律,借助地震学的知识,根据能量聚集状态对未来开采可能引发煤(岩)爆的时间、地点和震级进行预测.      

中国大陆金属矿区实测地应力分析及应用

以迄今为止查阅到的中国大陆金属矿区实测地应力数据为基础，经优化处理后最终采用165组数据，基本覆盖了我国大陆主要金属矿山分布地区.采用回归分析法给出了中国大陆金属矿区测量埋深范围内的地应力场特征，并尝试从地应力的角度对中国大陆金属矿区断层的稳定性进行了讨论.结果显示，中国大陆金属矿区垂直主应力、最大与最小水平主应力总体上随埋深呈线性增加；最大与最小水平主应力之差Δσ随埋深的增加有增大的趋势，但规律性不显著；最大水平主应力与垂直主应力之比Kh，max主要集中在1.00~2.50之间，最小水平主应力与垂直主应力之比K_h，min主要集中在0.50~1.50之间，平均水平主应力与垂直主应力之比K_h，av主要集中在1.00~2.00之间，随着埋深的增加，3个侧压系数的变化幅度逐渐减小，Kh，max趋向于1.83，K_h，min趋向于0.80，K_h，av趋向于1.31；最大与最小水平主应力之比与埋深没有显著的关系，主要集中在1.5~2.0之间，近似服从正态分布；断层在埋深小于500 m范围内有滑动的可能，埋深超过500 m时，逆断层有滑动的可能，走滑断层处于相对稳定状态.      

诱导巷道的围岩松动破坏区数值研究

当前多数矿山已进入深部开采,而深部硬岩具有高储能、受扰动易破坏的特征,根据这些特点,在矿体中布置巷道诱导岩体破裂,为后续机械开采提供可能。以贵州开阳磷矿为工程背景,利用FLAC^3D软件模拟深部巷道开挖,研究断面形状、地应力水平和侧压系数对巷道开挖的影响,从而得出岩体的破裂规律。数值模拟结果表明：巷道断面形状对围岩变形影响较大,而矩形巷道周围岩体产生的位移和塑性破坏区均最大;巷道位移和塑性破坏区随应力水平的增加而增大;围岩破坏和位移随侧压系数的增大表现出先减小后增大的趋势。在高应力水平和高侧压系数下,采用矩形断面方式开挖巷道,围岩产生的位移和塑性破坏区最大,致裂效果最好,有利于机械切割回采。     

普朗铜矿地应力测量及其结果分析

普朗铜矿拟采用自然崩落法进行开采,在使用此方法之前要研究矿岩的可崩性、崩落规律等。矿区地应力数据是评价矿岩可崩性、研究崩落规律和井巷工程设计的主要依据。为此在普朗铜矿首采区的3720m和3540 m水平进行了系统的地应力测量,现场测量采用孔壁应变解除法,共获得了6个测点的三维应力数据。测量结果表明,地应力以水平构造应力为主导,最大主应力值介于11.60~17.69MPa之间,属于中等地压范围。     

深部地下硐室与应力场轴变关系及其围岩损伤破裂分析

针对深部地下硐室与地应力场之间的轴变关系及其对硐室围岩损伤破裂的影响，建立了非均质围岩统计损伤力学模型；分析了不同断面形状、地层侧压系数、构造应力场对硐室围岩损伤破裂的作用机制和影响规律，定义了地层临界侧压系数；开展了三山岛金矿西岭矿区埋深2000 m地层硐室损伤破裂数值模拟，得到了该矿区深部地下硐室设计与布置原则。研究结果表明，“等应力轴比”情况下硐室围岩应力集中程度最小，损伤破裂区面积最小；地应力场是围岩损伤破裂的根本原因，侧压系数越大，硐室顶、底板处应力峰值越大，围岩以拉伸破裂为主，围岩损伤破裂区面积随侧压系数增大呈指数性增大；随着地层深度的增加，硐室临界侧压系数不断减小并趋近于1，深部地下硐室对水平构造应力更加敏感；构造应力场诱使围岩损伤破裂程度增大，损伤破裂区向构造应力场围岩应力集中区转移，使得硐室围岩发生冒顶和岩爆风险升高。因此，深部地下硐室的设计与布置应结合实际地应力条件，硐室轴向、断面形状、轴比尽可能符合地应力条件，从而最大程度降低地应力场对硐室围岩损伤破裂及稳定性的不利影响。      

基于最小应变能密度因子断裂准则的岩石裂纹水力压裂研究

建立了考虑裂纹尖端非奇异项T应力的最小应变能密度因子断裂准则, 研究了不同裂纹类型条件下T应力和泊松比对起裂角的影响, 结果表明裂纹起裂角不仅与奇异项应力强度因子有关, 而且还需要考虑非奇异项T应力和泊松比的影响作用.同时计算了含井筒对称双裂纹水力压裂模型的起裂角和临界水压, 表明依据本文断裂准则计算得到理论解与实验结果吻合良好.在此基础上, 利用该准则从理论上分析了临界裂纹区尺寸、T应力、比奥系数、侧压系数、泊松比等因素对水力压裂裂纹起裂特性的影响.参数分析表明: 临界裂纹区尺寸、T应力和侧压系数对临界水压和临界起裂角有显著影响.临界水压随着泊松比增大而减小, 而临界起裂角呈现相反变化趋势.比奥系数对临界起裂角没有影响, 但是在高水压条件下对起裂角具有显著影响.      

陈耳金矿原岩应力测量及分布规律模拟研究

原岩应力是影响地下采矿工程稳定性的重要因素之一,是地下工程变形和破坏的根本作用力。针对陈耳金矿18坑1532盲竖井埋深超过1 000 m,井下各中段在进行巷道开挖过程中出现的岩爆现象,采用套孔应力解除法对井下6个测点进行原岩应力测量,获得了井下主原岩应力的大小及方向。分析了原岩应力分布的规律并采用Flac~(3D)数值模拟软件,模拟分析了陈耳金矿井下巷道在开挖过程中应力分布情况。结果表明,垂直最大主应力开挖时,巷道两帮的应力是沿最大主应力方向的2倍。为陈耳金矿井下巷道及采场布置、支护设计和动力灾害防治提供了科学依据。     

套孔应力解除法在良山铁矿的应用

为了优化良山铁矿地下开采过程中合理的开采顺序和采矿方法,地应力测量必不可少。本文着重介绍了套孔应力解除法中空心包体应变计的相关测试原理和方法,并通过新余良山铁矿地应力测量及对测量数据进行分析,初步得到了该矿的地应力分布规律。     

温度,介质浓度和电位对碳钢在硝酸盐中应力腐蚀的影响

用慢应变速率法测量最大裂纹深度、平均裂纹扩展率、断面收缩率与拉伸率等,研究了碳钢在不同温度、不同介质浓度和不同电位下的非经典应力腐蚀行为。结果表明,最大裂纹深度和平均裂纹扩展速率是较好的评价应力腐蚀的参数。金相显微镜和扫描电镜观察结果表明,应力腐蚀裂纹起始于材料晶界,为沿晶阳极溶解机理。在较高温度和腐蚀电位下,材料仍处于饨化状态,在硝盐介质中,在应变条件下,材料仍遭受应力腐蚀。随介质温度和(或)硝盐浓度的降低,材料的腐蚀形态发生变化,即由应力腐蚀变为一般腐蚀。