水对玄武岩破裂过程声发射及红外影响试验研究

为研究水对硬脆性岩石破裂的影响,采用玄武岩进行饱水、自然、干燥处理,开展单轴破坏试验。以美国Flir Therma CAM SC3000红外热像仪以及美国物理声学PCI-2型声发射监测系统为研究监测手段,开展水对玄武岩破坏过程的声发射以及红外影响试验的影响研究。结果表明:水对玄武岩破裂声发射及红外造成了一定的影响。含水率的提高,减少了玄武岩破裂过程中声发射平静期所占的相对时间,其中干燥、自然、饱水状态分别为9.44%、4.04%、3.76%。水的存在可以促进岩石破裂过程中的红外辐射现象。研究成果对于了解玄武岩在不同含水状态下受力灾变的声发射、红外特征具有重要理论意义,也为进行岩石灾变的预测预报奠定了实验基础,进而能为矿山灾害和岩石工程监测、预警提供理论指导与技术基础。     

煤矿重大危险源预警识别体系方案及数据传输系统的研究和应用

 摘要：本文针对开滦钱家营矿,重点对煤矿安全生产的水、火、瓦斯、顶板监测现状和存在的主要问题进行了分析,并对煤矿重大危险源预警识别体系平台与钱家营矿数据传输系统的实现进行了研究和设计。本项目是对矿井重大事故危险源的监测及矿井灾变预警技术方面的研究与应用,包括水文地质、煤自燃、瓦斯和顶板压力等方面,是与矿山安全生产紧密相关的,有利于提高煤矿灾害的预防和应急处理能力。     

岩石蠕变-冲击试验研究——现状与展望

在深部岩体工程中,爆破等开挖扰动是触发岩爆的关键性因素,然而岩爆通常是滞后于爆破扰动一段时间才发生,表现出明显的时滞性,这给岩爆的预测和预警带来了巨大的困难。岩石蠕变-冲击力学行为的研究是揭示滞后型岩爆的力学基础。因此,蠕变-冲击受力条件下岩石的力学特性研究具有重要的理论意义与工程应用价值。本文阐述了岩石蠕变-冲击力学特性研究的工程背景及意义,重点介绍了蠕变加载条件下岩石的力学特性、岩石蠕变-冲击试验研究的现状,并综述了蠕变-冲击载荷下岩石力学行为的研究进展。在此基础上,展望了岩石蠕变-冲击力学研究的未来发展趋势,其中包括试验设备的改进与试验方法、蠕变-冲击过程中岩石的损伤表征、岩石在蠕变-冲击条件下的本构关系、该试验研究对于岩体损伤与破坏预测预警的理论意义等方面,指出了未来岩石蠕变-冲击力学性能研究的方向。     

露天矿超高边坡灾变影响因素与防控关键技术研究综述

以2015年国家安监总局统计的125个露天矿山基本信息为出发点,分析了我国露天矿山边坡现状与设计高度分布情况,将边坡高度500 m以上划分为超高边坡,未来超高边坡由现在的2%增加到14%。结合国家“十三五”规划相关建议,阐述了进行超高边坡研究的重要性和必要性。以超高边坡灾变机理、安全防控技术以及在线监测预警技术为研究对象,在分析整理国内外相关资料的基础上,从高应力与卸荷作用、高应力与岩体变形破坏、渗透特性与渗流规律、物理模拟与数值仿真、爆破安全控制技术、大吨位深锚索加固技术、在线安全监测及智能预警技术等方面,总结了目前超高边坡灾变过程关键影响因素、防控技术以及监测预警技术现状,结合超高边坡工程特点,指出目前研究存在的问题与技术难点,并分析了超高边坡研究发展的趋势,指出了超高边坡研究面临的挑战,包括：①节理-水-应力等多因素耦合作用下灾变机理及破坏模式;②超高边坡灾变机理大型物理模拟平台建设与数值仿真技术;③微损伤爆破超高边坡安全控制技术;④大吨位预应力深锚索加固超高边坡治理技术;⑤超高边坡滑坡在线安全监测与预警技术。     

岩巷岩体失稳破坏的红外和声发射联合监测预警技术研究

对岩巷工程灾害的预警预报和应急响应是减少人员伤亡和经济损失的重要途径,通过红外辐射和声发射联合监测含孔岩石在受力过程中的物理变化可以有效地模拟岩巷工程灾害演化与爆发。为此,开展了 含孔洞岩石加载过程的红外辐射和声发射联合监测试验,对含孔洞岩石加载的红外辐射和声发射特征以及二者之间的关系进行了研究。结果表明：①极差曲线随应变的变化具有明显的阶段性特征,特别在最后阶段, 极差曲线加速上升并出现突跳点,反映了温度场的分异现象和前兆特征,前兆时间平均为95.71%峰值应力;②声发射能率和声发射率曲线具有阶段性变化特征,在后期阶段普遍存在岩石破坏的前兆特征,前兆时间平 均为82.68%峰值应力;③岩石加载后期,红外与声发射前兆具有递进性,即声发射前兆早于红外前兆,两者的时间分界线在92%~95%峰值应力;④红外和声发射变化特征的关系与岩石的损伤破裂演化以及两种监测技术 的特点有密切关系。根据试验结果,提出了岩巷岩体失稳破坏的红外和声发射联合监测预警技术,讨论了两种技术的互补性,并给出了联合监测预警的技术流程,供相关研究和现场监测参考。     

非标准岩样岩石力学参数试验研究

通过对非标准岩样的室内试验来获取岩石力学参数是试验研究中必须处理的技术问题。对某矿4种不同岩石的非标准岩样进行单轴抗压实验和巴西劈裂实验,分析了岩样的强度分布特点,考虑尺寸效应和形状效应,对岩石强度试验结果进行了修正,获得了岩石的单轴抗压、抗拉强度、弹性模量、帕松比、粘聚力和内摩擦角等力学参数,并对所得参数进行了分析。所得力学参数为该矿山的岩石力学和地压研究提供了基础资料。     

冻融循环作用下腐蚀黄砂岩失稳破坏预警研究

为研究预制裂隙黄砂岩的力学特性和破坏预警，将含2条贯通性平行裂纹的黄砂岩试样在不同冻融循环次数条件下分别经过化学腐蚀处理后进行双轴压缩试验，并采用数字图像相关技术(DIC)和红外热像技术实时监测岩石试样的变形破坏过程。结果表明：黄砂岩试件的强度随冻融循环次数的增加而降低，碱性溶液对冻融循环造成的劣化起到抑制作用；黄砂岩试件的破坏模式主要由翼型裂纹和剪切裂纹构成，翼型裂纹萌生于预制裂隙端部，剪切裂纹在翼型裂纹沿轴向向两端扩展及贯通过程中出现；结合应变局部化带对应裂纹出现的潜在位置与红外辐射温度的前兆异常，可以对岩石的破坏进行预警。     

一种新型巷道变形监测设备的结构及其应用

为了解决地下金属矿山在日常施工和开采中遇到的巷道破坏等安全问题,及时掌握地下矿山巷道的稳定性情况,需要对巷道围岩变形数据进行不间断的精确监测。传统收敛计监测效率低、精度差、测量人员安全容易受到威胁,而隧道变形监测手段在地下矿山应用又有一定的局限性。为解决这些问题,自主研发了地下矿山巷道变形实时监测系统。该系统可实现24 h无人值守、连续监测收敛变形,降低成本、保证测量人员安全的同时亦提升测量效率和精确度。保国铁矿现场监测试验证明,该系统在很好地完成地下矿山巷道变形监测任务的同时,还可以辅助支护方案设计、危险预警等工作。研究成果在未来地下矿山变形监测、危险预警方面有一定的应用前景。     

煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别与综合预警模型研究

针对冲击矿压的有效监测预警难题,利用实验室声发射和采场微震监测手段,开展了煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别研究,提出了一种基于微震前兆指标体系的冲击矿压综合预警模型。以陕西彬长胡家河煤矿为例,首先通过现场取样开展了煤样单轴加载的声发射试验,识别选取了b值、缺震、A(b)值、断层总面积、活动度S和等效能级参数6个煤岩灾变破坏的前兆敏感指标;其次,结合401102工作面的历史冲击案例及其全过程的微震监测数据,采用统计学方法进行标准化计算确定各指标异常系数,并以此作为模型输入,发展了以混淆矩阵与高斯隶属判别函数联合的模糊综合评判模型作为智能融合运算的分级预警模型,实现了以客观数据驱动为主的指标权重自适应智能调整,以及以无、弱、中、强4个危险等级标识的概率及综合智能预警模式;最后,根据接续402103工作面回采过程中的两次冲击实例验证了综合预警模型的有效性,为现场冲击矿压的有效综合预警提供了一种思路和方法。     

超低品位磁铁矿矿岩破碎能耗优化研究

低品位矿山的矿岩破碎能耗问题是绿色矿山建设中节能减排的重要环节。 经典破矿理论中矿岩质量 和矿石破碎粒径比是能耗的两个主要影响因素。 基于内蒙古地区某露天矿实际情况,为精准有效地降低矿岩破碎能 耗,结合破碎功耗学说,采用实验室测得矿岩力学参数 b 对矿岩质量进行定量化分析并计算出能耗比,利用不同适用 性的能耗公式对多级破碎能耗进行求解,从而分析在各个破矿工序中不同力学性质和粒度的矿岩破碎能耗指标。 结 果表明:该矿山围岩与矿石力学性质有较大差异,引入力学性质参数 b 可以有效地表征出能耗差异,提供了优化能耗 的依据。 针对力学性质差异较大的岩石可以分离后再破碎;在破矿设备和矿岩质量稳定且有多级破碎需求时,矿岩 每次破碎粒度差异不宜过大,矿岩初次破碎应至 125 mm 粒径,后续多级破碎粒度比为 40%时能耗较低。     

多元统计方法在地气异常推断解释中的应用

以湖南黄沙坪铅锌矿和云南施甸东山铅锌矿整装勘查区为对象,开展了地气测量探测隐伏多金属矿的实验研究。利用因子分析、聚类分析和判别分析方法对地气异常进行推断解释,获得了矿异常与矿体和下伏岩浆岩之间的联系,揭示了矿异常与非矿异常的差别,并说明综合运用多元统计方法可以更加准确地推断未知的地气异常。     

红外热成像技术在煤矿生产中的应用

近年来我国煤矿安全事故频发,为了有效减少煤矿生产事故的发生,总结了国内红外热成像技术在煤矿生产中的应用,并提出当前红外热成像技术检测的不足和展望了未来的应用前景。重点阐述了红外热成像技术在电气设备检测、煤炭自燃检测、煤与瓦斯突出检测和井下人员搜救等方面的研究及应用,期望借助该技术,更加有效地降低煤矿事故发生的频率,保证煤矿生产安全。     

基于红外成像技术的煤矿火灾治理

为了快速准确地测出煤层火源位置、范围和燃烧程度,采用红外成像技术对河北煤矿主斜井火区进行了探测,确定火区位置,检验灭火效果。该技术能够准确探测火区表面煤岩体的温度,初步判断火情;对煤岩体表面温度异常区域及其周边设置钻孔,通过观测孔内温度可判断火区范围和煤体燃烧程度,从而确定治理方案。结果表明:在治理过程中利用红外成像仪观测钻孔内的温度变化情况可以更直观地了解灭火效果,说明红外成像技术在治理浅部煤矿火灾中成效显著。     

上覆遗留煤柱作用下冲击矿压预测预警案例研究

以三河尖煤矿92201工作面运输巷在上覆7煤上山保护煤柱下掘进诱发的冲击矿压为例,采用震动波CT技术对待掘区域应力场进行反演,预测冲击危险区域,并在掘进过程中实时监测分析矿震动载特征,对冲击危险进行预警。研究表明:震动波CT技术可有效反应煤岩体内未知因素对应力分布的影响,实现大范围应力探测,较常规解析和数值等分析方法更为有效,利用该技术可提前和分时段预测冲击危险区域分布;结合掘进过程中的矿震时空演化规律分析,可对冲击危险区域进行有效确认和实时预警,实现了动载与静载结合对冲击危险进行提前预测与实时监测预警。利用该套技术方法分析表明,上覆遗留煤柱长时间受矿压作用,其集中应力分布明显向煤柱煤壁深处转移,导致区域应力分布异常,冲击矿压防治难度加大。92201巷道冲击矿压显现证实了以上结论和该套技术方法的有效性。     

辽宁柏杖子金矿井筒工程施工工艺技术应用研究

针对复杂地质条件下井筒工程施工技术难题,根据岩石力学、爆破理论、支护技术和井巷施工工艺,对辽宁柏杖子金矿混合井施工进行应用研究。重点解决了施工工艺、安全高效、竖井排水、井筒支护、通风等问题,揭示了特定地质条件下混合井施工技术的应用方法,对于同类矿山的井筒工程施工具有指导意义。     

尖点突变理论在云南某铁矿巷道失稳判据的应用

针对地下矿山在开采过程中,深部巷道围岩稳定控制问题,以云南某自走铁矿1 430 m中段开采巷道为工程背景,基于尖点突变理论,提出构建位移-时间势函数的方法,对矿山现场位移监测数据进行多项式拟合得到势函数突变特征值,并根据特征值正负判断监测点巷道稳定性。利用FLAC3D数值模拟手段对理论计算的准确性进行验证分析。结果表明：基于位移-时间的尖点突变失稳模型能够较为准确地判断巷道围岩的稳定性。     

红外热像仪在煤炭自燃探测中的应用

红外成像技术已成为井下探测火源的一种新方法,基于煤矿井下自燃火源隐蔽性的特点,介绍了红外探测在煤矿的应用,阐述了红外技术的基本机理,并仔细介绍了红外热像仪在探测自燃火源的应用及实际使用中应注意的问题。     

矿井瞬变电磁法富水体超前探测原理及应用研究

由于对煤矿工作面顶底板和掘进工作面前方富水构造情况不清,导致近年来煤矿井下水害频发。介绍了矿井瞬变电磁法超前探测原理、井下探测工艺、数据采集和资料处理流程,总结出富水异常体解释和划分方法。应用YCS40矿用本安型瞬变电磁观测系统对霍州煤电集团文明煤矿掘进工作面进行了超前探测研究,结果表明矿井瞬变电磁法能够比较准确地预报掘进工作面前方100 m内的富水异常体。     

饱水粉砂岩破裂失稳过程中红外温度突变异常

岩石加载条件下微破裂的发育将引起岩石表面红外温度发生变化,临破裂岩石微破裂的加剧发育可能导致其红外温度发生突变异常。为从红外温度突变的角度探寻岩石受力灾变前兆,进行了粉砂岩单轴压缩红外-声发射实验,对热图像序列按1 s/帧进行重采样与差分处理,并从升温和降温2个过程、幅值和规模2个角度对受力岩石的红外温度突变特征进行研究。结果表明,临破裂粉砂岩存在红外温度突变异常前兆,包括突升异常、突降异常前兆与突变极值异常、突变点量异常前兆;对于低强度的粉砂岩,因张破裂较为发育而导致红外温度突降异常前兆的出现概率普遍高于突升异常前兆;突升异常、突降异常前兆之间具有负相关性,突变极值、突变点量异常前兆之间具有正相关性,4种形式的红外温度突变异常前兆既能相互补充,又能相互验证。     

大同煤田岩浆岩侵入对煤层煤质的影响

为探究岩浆岩侵入对煤层煤质造成的具体影响,以大同煤田鹅Ⅳ精查勘探区为研究对象,具体分析了勘查区地质构造及岩浆岩活动规律,收集以往区内施工钻孔的煤层煤质资料,并开展数据统计对比。分析表明,印支运动时期该区岩浆岩活动(煌斑岩侵入)活跃,其沿地层裂隙及断层为主要通道,以岩墙、岩床的形式侵入地层中薄弱地层,例如煤层中使其局部受热接触变质,使煤层结构复杂化、有益厚度变薄;煌斑岩侵入与煤层接触变质(干馏作用),焦化过程中可产生定量的瓦斯,瓦斯含量随煤层变质程度的增高而变大;应对该区开展三维地震工作,来验证断层及岩浆岩活动情况,可以为该区煤矿安全生产起到一定的指导作用。