节理岩体中爆炸应力波传播规律的研究

为了研究爆炸应力波在岩体中的传播过程,建立了基于ABAQUS/EXPLICIT的有限元数值模型,采用ricker子波作为爆炸场源,并将得到的数值结果与现有文献相比较,充分说明了采用ricker子波作为爆炸源模拟爆炸应力波传播问题的可行性。研究结果表明：炸药起爆后,按照时间顺序,岩体中先后呈现3种应力状态,即径向压应力与环向压应力形成的复合压剪应力场、径向拉应力与环向拉应力形成的复合拉剪应力场、径向压应力与环向拉应力形成的复合拉剪应力场。爆炸应力波在节理两端产生的反射波和衍射波与爆炸应力波的相互叠加使节理两端的应力显著增强,并最终促使爆生翼裂纹从节理两端起裂扩展。     

采场底板围岩应力壳力学特征及时空演化

针对采场底板围岩三维应力场特征及演化规律，以谢桥煤矿1232(1)综采工作面为研究对象，采用综合研究方法开展了系统研究。结果表明:煤层回采过程中，伴随着采场围岩三维应力场的不断调整，在采场底板围岩空间区域也存在高应力束，高应力束在三维空间形成了采场底板围岩应力壳，应力壳壳体内外岩体主应力均低于壳体中的主应力。应力壳内边界之上垂直应力和水平应力均显著降低，部分岩层内压应力转化为拉应力，壳体和应力壳外边界岩层垂直应力降低，水平应力仍然较大，存在水平应力集中现象，三维应力场作用的选择性是采场底板围岩应力壳形成的内在力学本质。采场底板围岩应力壳形态随着采场结构的变化而调整，具有典型的短边依赖效应，破裂区和最大位移区主要发育在应力壳壳体内边界之上的低应力区内。采场底板围岩应力壳是抵抗底板岩层卸压膨胀、进而发展到拉剪破坏的主要集中力系，采场底板围岩应力壳的失衡可能引起较大的动力现象。     

平煤十矿地应力场测试技术研究

为解决平煤十矿深部开采过程中出现的地压灾害问题,采用套孔应力解除法对矿区深部地应力场进行了研究。在矿区4个区域,11个测点进行地应力测量,结合实验室的围压试验和温度补偿试验,计算出各测点的三维地应力大小和方向,构建了深部地应力场模型。根据实测结果对深部地应力的分布规律进行了分析,得出了该矿区地应力场以水平构造应力为主导,且最大水平主应力走向为北东向,与区域构造应力场的最大主应力方向一致;垂直主应力值等于或稍大于自重应力;最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力值均随深度呈线性增长的关系。     

永川煤矿地应力测试及地应力变化特征

针对永川煤矿深部开采条件和地质构造情况,指出了现场地应力测点选择和测点布置的基本要求;采用空芯包体地应力测量法,确定了永川煤矿南二-190m水平和-350m水平两测点地应力大小和方向;结合矿井区域地质构造和煤岩层赋存条件,分析了永川煤矿深部地应力的特点。研究表明,该研究区域的地应力基本上是由自重应力和水平构造应力所构成,在该区域-190m水平附近,自重应力和构造应力在地应力中所占比重相当,在该区域深部水平(-350m水平)附近,地应力主要以自重应力为主,一般自重应力是水平构造应力的2倍左右;该研究区域最大主应力σ1约为15MPa,其方向稳定,属中偏高地应力区域。     

复杂应力条件下不同回采 与充填阶段采场稳定性分析

为研究复杂应力条件下不同回采与充填阶段采场稳定性,以金川三矿区下向分层胶结充填开采采场为背景,根据最大水平主应力σ_H、最小水平主应力σ_h及垂直主应力σ_v三者的大小,将原岩应力场分为σ_h型应力场（σ_H >σ_h>σ_v）、σ_hv型应力场（σ_H >σ_v >σ_h）,σ_v型应力场（σ_v >σ_H>σ_h）3种形式,利用FLAC^3D数值模拟软件,对3种应力场下,进路两帮均为矿体的一期进路,一侧为矿体、一侧为充填体的二期进路,两帮均为充填体的三期进路的回采与充填进行了分析。结果表明：若应力场由σ_h型应力场逐渐过渡到σ_hv型应力场,直至σ_v型应力场,一期进路拉应力与最大位移逐渐由进路帮部转移到顶、底板;而二期进路及三期进路拉应力与最大位移却均产生于进路顶板,仅随应力场改变有扩大的趋势。说明前期开采影响了地应力分布,导致回采与充填后期3种应力场下的采场应力分布与变形规律逐渐趋于相同。水平应力较大的σ_h型应力场中采场的稳定性较其他2种类型应力场差,但在开采与充填后期,这一趋势有所减弱。     

平顶山东北部矿区地应力发育特征及其对煤储层压力、渗透率的控制作用

为研究平顶山东北部区域地应力对煤储层压力、渗透率的控制作用,依据煤层气井水力压裂和试井工程试验资料,采取水力致裂手段获取地应力的方法,研究了平顶山东北部矿区地应力发育特征,分析了地应力对煤储层压力、渗透率的控制作用。研究表明现今地应力场总体上以水平应力为主,属于典型的构造应力场类型,且总体应力场特征为高倾角断层或裂隙发育|最大水平主应力、最小水平主应力、侧压系数和侧压比均随埋深的增加而线性增加|埋深约在682m时,地应力类型发生转换,地应力类型在垂向的转变原因主要受平顶山矿区多期构造运动所引起的地应力叠加的结果|煤储层压力随着最小水平主应力、垂向应力、有效应力和主应力差的增加呈现增大趋势|渗透率随着主应力差、最大水平有效主应力和最小水平有效主应力关系以负指数形式呈现降低趋势。研究认为构造应力集中区域、低渗透率分布区域是煤层气压裂等储层改造和井下煤层增透卸压工程重点布置区域。     

静应力对岩石波动参数的影响研究现状及新问题的思考

各类工程岩体中普遍存在静应力,静应力对岩体材料特性的影响极其重要且不可忽略。通过对现有文献进行系统梳理与归纳总结发现静应力对岩石纵波波速有影响且纵波波速与密度有关系,但当前研究存在两个问题:没有进一步分析静应力对岩石波阻抗的影响;静应力主要是等值静应力。而工程岩体中的静应力多为梯度应力,梯度应力的存在导致岩体波阻抗呈梯度形式变化,因此针对深部工程岩体爆破开挖及地震波传播等,有必要开展具有梯度应力岩石中应力波传播衰减规律的相关研究。     

地应力场方向对巷道围岩稳定性的影响

地应力测试结果表明在构造应力场水平应力是垂直应力的1.8～2.7倍,而且两个水平应力之比是1.5～2.5。构造应力场是影响对巷道稳定的主要因素之一。本文运用COMSOL 3D有限元软件在初始应力场轴向变化的情况下模拟了巷道围岩的应力状态,分析得出巷道轴向与最大水平应力方向之间的夹角越大,巷道越不稳定。此时巷道围岩的剪破坏区深入到巷道顶底板。因此在构造应力场掘进巷道时要尽量使最大水平应力方向与巷道轴向一致。     

裂纹延伸扩展过程中的受力状态分析

对含45°预制裂纹的花岗岩板进行单轴压缩实验,采用电阻应变计监测裂纹延伸扩展过程中的受力状态。结果表明:翼形裂纹是单纯受到拉伸应力作用产生的,而二次裂纹是受到剪切作用产生的,表现为拉压应力交替作用,但在二次裂纹扩展的不同阶段,所受到的主要应力不同,在二次裂纹刚开始扩展时压应力是主要应力,随着二次裂纹的延伸扩展,拉应力成为了主要应力;引起二次裂纹扩展的剪切应力区域比引起翼形裂纹扩展的拉伸应力区域宽泛得多;受挤压作用产生的裂纹,实质上是由受压引起的剪切型张拉应力迫使其开裂的。     

中国煤矿矿区地应力场特征与断层活动性分析

地应力场研究是岩石力学与采矿工程中的一项重要工作,随着煤矿向深部开采,地应力的作用更加凸显。通过回归分析优化处理后的中国煤矿矿区219组实测地应力数据,对中国煤矿矿区地应力场分布特征及其与断层活动性的关系有一些新的认识。目前中国煤矿矿区的地应力场类型主要以σ_Hσ_hσ_v型和σ_Hσ_vσ_h型为主,但σ_Hσ_vσ_h型居多;研究区以高地应力值矿区居多,中等应力和超高应力值矿区也占有一定比例,低应力值矿区最少;最大水平主应力、最小水平主应力与垂直主应力均随深度呈几乎线性增长关系,水平构造应力处于主导地位;随着埋深的增加,3个侧压系数呈现减小的趋势,KH向1.31趋近,Kh向0.74趋近,Kav向1.03趋近;水平差应力值分布离散,其大小范围为0.85~19.51 MPa,平均为8.80 MPa;最大与最小水平主应力的比值主要集中在1.50~2.00;在当前的应力状态下,摩擦因数取0.6,1.0时,研究区断层不易出现滑动失稳现象,在整体评价研究区断层稳定性时,断层滑动失稳标准取摩擦因数为0.6比较合适。     

煤矿井下应力场类型及相互作用分析

基于原岩应力场与采动应力场,提出支护应力场的概念,即支护在围岩中产生的应力场与在支护体内部产生的应力场,并指出3种应力场构成了煤矿井下综合应力场.在井下实测数据的基础上,研究了煤矿井下原岩应力,特别是构造应力的分布特征;采用数值模拟方法,分析了掘进工作面、巷道及采煤工作面周围应力分布特征与规律,采动集中应力的大小;计算了预应力锚杆支护、单体液压支柱及金属支架在围岩中产生的应力场.分析计算了锚杆杆体、托板及钢带等支护构件中的应力大小与分布特征,并对比分析了原岩应力、采动应力及支护应力的量值.论述了原岩应力场对采动应力场的影响,以及采动应力场与支护应力场的相互作用与关系.     

基于内外应力场理论的主应力偏转对断层稳定性的影响分析

为探讨主应力偏转对断层稳定性的影响,基于内应力场理论阐释主应力偏转机理,建立计算内外应力场范围的力学结构模型,利用FLAC3D计算工作面自下盘靠近断层过程中主应力偏转情况,并分析断层损伤变量及其增速。研究表明,随着工作面不断推进,采动诱发主应力在内外应力场范围发生2次方向相反的偏转;工作面自下盘靠近断层时,主应力发生偏转产生平行于断层面的剪应力,使断层活化失稳危险性更高;应力偏转与损伤变量在工作面靠近断层过程中高度对应,表明断层稳定性与主应力偏转密切相关。内外应力场理论解释了工作面向断层推进过程中主应力偏转现象。     

急倾斜特厚煤层水平分段开采煤岩应力演化规律数值模拟研究

急倾斜特厚煤层赋存条件非常特殊,为揭示急倾斜特厚煤层开采过程中灾害的致灾机理,基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件对乌东煤矿45~#急倾斜特厚煤层水平分段开采条件下,岩体及煤体的应力演化规律进行数值模拟研究,研究结果表明:煤层顶板附近的岩层应力较大,靠近煤层底板处的岩层应力变化不大;覆岩局部区域内产生了应力集中现象;工作面煤体的应力集中多分布在靠近顶板处的煤体,而靠近底板处的煤体其应力集中程度较顶板小;工作面煤体的轴向应力的分布分为塑性区、弹性区和原岩应力区三个区,工作面煤体沿走向方向上的侧向应力随距离工作面的距离增加而减小。     

深部开采沿空巷道冲击危险性的工程判据研究

为研究深部开采沿空巷道冲击地压的发生条件,以沿空巷道应力场分布为切入点,建立了相应的工程力学模型,分析得到沿空巷道围岩高应力区附近的高应力差区是发生冲击地压的主要区域。以高应力差区的煤体为研究对象,分析得到了沿空巷道冲击地压发生的应力条件、应力梯度条件及煤体的冲击倾向性条件,并推导了冲击危险性的工程判据。结果表明：决定冲击地压危险性的关键因素是高应力差区域的应力峰值、应力差值、应力梯度和煤岩体强度以及冲击倾向性;通过调整沿空巷道实体煤巷帮与高应力峰值位置的间距,合理布置沿空巷道位置,可以有效控制沿空巷道的冲击地压灾害。     

白龙山隧道地应力场数值模拟研究及岩爆预测

根据静兴高速公路白龙山隧道区域应力场特征,建立三维地质模型,采取有限元数值模拟的方法分析研究工程区的初始地应力场分布规律。通过分析隧道轴线方向上的地应力场特征,发现隧道区初始地应力场以构造应力为主导,区内存在较高地应力场,长度约为3150m。最后,根据地应力资料对高地应力区隧道开挖阶段进行岩爆预测,结果表明隧道计算段岩爆等级为弱岩爆~中等岩爆。     

鄂尔多斯盆地东南缘地应力、储层压力及其耦合关系

采用水压致裂测量地应力方法,获得了鄂尔多斯盆地东南缘26口煤层气井地应力分布,通过统计分析,建立了二叠系山西组2煤储层地应力与煤层埋藏深度之间的相关关系和模型,揭示了现今地应力分布规律及受控机制。研究结果表明,本区二叠系山西组2煤层破裂压力梯度、闭合压力梯度和煤储层压力梯度的平均值分别为 1.96,1.69,0.71 MPa/100 m。煤储层最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力以及储层压力均随着煤层埋藏深度增大呈线性规律增高。在 1 000 m 以浅煤储层地应力状态主要表现为σv＞σhmax ＞σhmin ,最小水平主应力小于16 MPa,现今地应力处于拉伸应力状态,煤储层有效应力系数K0 为0.48,且低于油气盆地页岩层中的有效应力系数值(K0 =0.80);在1 000 m以深煤储层地应力状态转化为σhmax ≥σv≥σhmin ,最小水平主应力大于16 MPa,现今地应力转化为挤压应力状态。本区现今地应力受华北区域构造应力场控制,最大水平主应力方向主要以NEE-SWW方向为特征。本区煤储层压力偏低,相同深度条件下鄂尔多斯盆地东南缘煤储层压力要比沁水盆地南部偏低0.73~0.93 MPa,且煤储层压力与地应力呈正相关关系,随着地应力的增加,煤储层压力增大。     

矿用采动应力监测传感器的比较和应用

应力和应变测量已广泛应用于地应力测量中,其采动应力监测则是一种典型的相对地应力测量。重点分析了两种典型的采动应力监测仪器,即钻孔应力计和空心包体式钻孔三向应变计的技术特点,以及在采动应力监测中的优缺点。     

力矩效应对顺层岩质边坡稳定性的影响

考虑了力矩效应的存在对顺层岩质边坡稳定性的影响。当存在力矩效应时,剪切面上的剪应力和正应力不是均匀分布的,在剪切过程中存在一个调整过程,并在局部集中。当力矩效应较弱时,结构面上的应力可视为均匀分布;随着力矩效应的增大,正应力和剪应力都增大,出现非均匀分布,在局部表现为应力集中,并且出现局部破坏,而在整体上表现为力矩平衡和受力平衡。当剪切力大于抗剪强度时,则宏观上出现边坡失稳。同时根据应力集中部位的不同划分了不同的边坡破坏形式。     

采场覆岩应力及垮高的柱宽效应三维相似模拟研究

基于采场应力分布的动态性特点,以谢桥矿1151(3)综放工作面地质和开采条件为背景,采用实验室相似材料模拟方法,研究不同煤柱宽度条件下采场覆岩应力分布和垮落特征。研究表明,不同煤柱宽度上覆岩层应力分布及垮落高度有所不同。随煤柱宽度的增大,倾向方向工作面前方应力峰值区由原来的煤体上方逐渐向煤柱上方转移,且峰值逐渐增大,工作面后方煤柱承载上覆岩层主要荷载和压力,且随煤柱宽度增大应力峰值也增大。工作面上覆岩层垮落形成由高应力束组成的应力壳,应力壳对上覆岩体的荷载和压力起主要支撑和传递作用,随着煤柱宽度的增大,应力壳的高度逐渐减小,在煤柱及煤体内形成的壳基也逐渐发生变化和转移,壳基在煤柱内从无到有,壳基的应力集中程度也逐渐增强,煤柱内单位体积的岩块承载的荷载和压力也从小到大,再由大变小。     

大红山铁矿采区贯通后的围岩应力重分布监测

为研究大红山铁矿围岩应力分布特征，以大红山铁矿两个特大采区逐步因爆破而贯通这一特殊工程背景，在探究围岩应力分布机理的基础上，通过对微震监测和应力监测结果进行分析，重点研究了采区贯通后围岩应力重分布情况。研究结果表明：位于中II采区南部的采空区围岩体中以应力增加为主，应力增加的程度与离采空区的远近呈反比，但是在靠近采空区约20 m左右的近距离范围内产生了一定程度的卸载，结合现场观察来看，该区域岩体受力变形破裂较严重；南翼采区440 m分段、420 m分段相继回采的过程中，围岩内的应力增加速度开始明显变大，应力增加程度增大，部分临近采空区的围岩从卸载变为应力增加；中II采区下方，即南翼采区的南部区域的围岩以应力卸载为主，这对南翼回采中布置在下盘的回采进路与沿脉干线的稳定性有益，除了会受矿体回采的扰动应力外，采空区贯通产生的扰动应力对这些区域的巷道影响较小.