罗河铁矿高阶段开采凿岩硐室地压监测

为了掌握罗河铁矿高阶段开采凿岩硐室周边地应力活动规律,在-455 m水平20联巷和10联巷附近布置了11个三维地应力实时监测点,实时采集矿山地应力数据。经过整理分析得到如下结果：罗河铁矿-455 m水平20联巷与10联巷附近岩体承受的最大主应力为22.5 MPa,应力时程曲线总体平缓,周边岩体稳定;但最大主应力与最小主应力的差值达到54 MPa,导致硐室周边岩体破坏而脱落;最大二次主应力倾角分布平缓,以水平应力为主。     

眼前山铁矿深部矿岩结构特征分析

为了探索眼前山铁矿实现自然崩落法开采的可行性,需要对矿区深部矿岩特性有深入了解。采用人工测线法对眼前山铁矿现场岩体结构面进行了调查,并采用Dips软件开展了节理裂隙特征分析。研究结果表明:该矿区存在3组优势节理组,节理裂隙间距体密度为1.79～2.53条/m~3;眼前山铁矿东部区域节理裂隙虽不够发育,但调查发现的缓倾角节理对自然崩落法的实施具有一定的影响作用。     

贯通裂隙控制岩体巷道稳定规律的数值模拟

采用ANSYS程序,按照正交设计方法编排了基于潞安矿区巷道围岩裂隙分布状况的多种计算模拟方案,研究了地下岩体中单组和双组贯通裂隙的空间产状、组合特征以及与巷道布置匹配等因素对巷道围岩稳定性的影响规律.研究表明1) 贯通裂隙间距(2～4 m)小于巷宽(4 m)时,巷道围岩稳定性受裂隙控制,反之主要受巷道围岩强度的影响;2) 单组裂隙间距小于3 m,倾角30°～70°巷道围岩收敛量较大,巷道稳定性较差;3) 双组裂隙控制岩体,巷道顶底板稳定性随裂隙倾角(0～70°)增大而提高;裂隙倾角70°时,巷道围岩稳定性相对来说较好;裂隙间距增加使巷道稳定性提高,裂隙间距大于巷宽时,巷道稳定性已趋于恒定,主要受围岩强度的控制;4) 双组裂隙切割围岩体巷道比单组裂隙更易失稳破坏;5) 巷道围岩内最易出现塑性区部位是巷道顶角、巷帮及巷道顶底板中央,双组裂隙围岩的塑性区远超过单组裂隙围岩;6) 裂隙倾角在45°～70°时,塑性屈服的弱面单元数量剧增,巷道围岩体易沿弱面滑动而导致破坏失稳.该项研究成果对受贯通裂隙控制岩体巷道的稳定性评估以及支护设计决策,有理论借鉴意义.     

节理岩体边坡采动损伤与可靠性分析

为定量分析节理岩体边坡的采动损伤对边坡可靠性的影响,通过对大孤山铁矿下盘混合岩边坡进行现场勘测与模糊C均值聚类优化分析,确定了岩体2组优势节理的倾向、倾角、迹长和密度的随机分布参数。利用Hoek-Brown强度准则参数m和s与岩体质量分类指标GSI和扰动系数的关系,采用Monte-Carlo模拟抽样技术获得了节理岩体强度的随机分布参数。建立了节理岩体损伤与扰动系数D的联系,应用Kawarnoto损伤张量对采动损伤进行了数值分析,并根据Rosenblueth原理获得了扰动系数D以及反映时空效应和各向异性的岩体强度随机分布参数。基于此,定量分析了大孤山铁矿下盘混合岩节理岩体边坡采动损伤的时空变化特征及其对边坡稳定性的影响。结果表明,采场底标高从-87 m降至最终-450 m时,坡顶至-87 m水平同一高度滑弧可靠性指标相对下降7.7%,原因为采场下移导致节理岩体损伤加剧、强度降低所致,并且危险滑面逐渐向坡面偏移,与坡面近处岩体的损伤较大相关。     

巴鲁巴铜矿节理裂隙调查及岩体质量评价

为了掌握巴鲁巴铜矿矿岩节理裂隙分布情况及矿岩稳定性,为采场结构参数与支护技术优化提供依据,采用详细测线法进行节理裂隙调查统计。借助CSIR地质力学分类方法,依据调查结果、矿区地应力测量和矿岩岩石力学性质试验结果对节理裂隙的统计及其与地下巷道、采场围岩稳定性的关系进行了分析。对矿区分布的主要岩组进行岩体质量分级评价,结果表明巴鲁巴铜矿节理裂隙十分发育,岩体质量中-良,井巷工程需要加强支护。     

双轴加载条件下裂隙岩体相似模型力学特性试验研究

煤矿深部地层主要受构造应力场影响,以水平应力为主且具有明显的方向性,而煤系地层节理、裂隙发育。为探究煤矿深部地层裂隙岩体断裂特征和力学特性,研制了裂隙岩体试验平台,制备了不同倾角的裂隙岩体相似模型,开展双轴加载试验;基于试验结果和数字图像相关技术（DIC）分析研究了节理倾角对裂隙岩体强度和断裂特征的影响规律。研究结果表明：裂隙与主应力方向的夹角对试件峰值强度影响较大,夹角为30°时,试件峰值强度最低,90°时最高;试件受载后产生的次生裂纹共有7种类型,随着预制裂隙倾角的增大,试件破坏模式经历了压剪破坏、拉-剪复合破坏、压剪破坏的变化;次生裂纹扩展经历了与预制裂隙共面、与预制裂隙异面、与预制裂隙共面的变化。     

自走铁矿结构面的赤平极射投影分析

采用国际岩石力学学会推荐的详细线观测法对自走铁矿的节理裂隙进行了调查。用频率分布直方图统计了结构面间距和倾角。认为巷道为节理密集、发育的碎裂岩体。借助理正软件对调查数据进行分析,绘制出节理裂隙赤平极射投影极点等密度图和优势产状的分组表。将用于隧道稳定性判断的方法引入到巷道中,对自走铁矿的岩体稳定性进行了分析,认为节理对巷道的稳定性不利,建议巷道进行锚杆加固或喷砼等措施。     

甲玛铜多金属矿节理裂隙调查与岩体质量评价研究

通过对西藏甲玛铜多金属矿矿岩节理裂隙的现场调查,获得节理裂隙的特征,用DIPS软件对调查数据进行分析,绘制赤平极射投影极点等密度图和优势产状的分组表。同时根据矿区工程地质、水文地质和节理裂隙发育调查统计资料,矿岩岩石力学性质试验结果等,采用工程岩体分级标准,对矿区分布的主要岩组进行岩体质量分析评价。该研究结果为矿区稳定性分析提供了理论依据,对安全生产有重要的指导意义。     

吕梁山区岩体节理裂隙发育特征及其工程响应——以某高速公路沿线岩体节理裂隙特征为例

以吕梁山区某高速公路沿线构造行迹发育特征及其对公路隧道、高路堑的影响为例,分析研究了吕梁山区岩体,主要是变质岩岩体的构造节理发育特征;区内节理裂隙受吕梁山中东部块隆及狐堰山山字形褶皱带南部构造控制,优势发育3组节理裂隙,分别为走向近南北向(节理面直立)、近北东(120°～140°∠60°～70°)以及近北西向(30°～45°∠60°～80°),其中两组为共轭节理,易将岩体切割成碎块状,3组节理裂隙控制了区内岩体破坏方向,在区内进行公路隧道、高路堑防护以及其他建设项目设计中应针对3组节理裂隙发育面设计加强措施,以确保建设工程运营期的安全。     

裂隙网络对岩体试件单轴压缩力学特性影响研究

针对裂隙分布对岩柱或煤柱强度和稳定性影响问题,采用合成岩体模型技术(SRM)重构岩柱模型,研究裂隙密度和裂隙倾角对岩柱稳定性影响。合成岩体模型中分别采用平直节理黏结模型(FJBM)、光滑节理模型(SJM)和裂隙网络模型(DFN)模拟岩块、裂隙和裂隙网络。通过单轴抗压试验和单轴抗拉试验标定岩块宏观力学参数(单轴抗压强度、抗拉强度、杨氏模量和泊松比),数值模拟标定结果与试验结果对比表明数值模拟模型细观力学参数能够很好地匹配实验室岩样宏观力学参数。研究结果表明:岩体内裂隙将显著降低岩体抗压强度,岩柱强度随裂隙密度P21增加而降低;裂隙密度P21由1 m/m2增加至5 m/m2,岩柱平均强度由103.5 MPa降低至69.5 MPa,岩体抗压强度与裂隙密度负相关;裂隙倾角由0°增加至90°,岩柱抗压强度呈"U"形变化;裂隙密度较小时,岩柱易形成"X"形压剪破坏,裂隙密度较大时,岩柱"X"形压剪破坏逐渐消失;岩柱产生的微裂隙与岩体裂隙密度负相关;裂隙倾角小于临界角φ或大于45°+φ/2时,岩柱易形成"X"形压剪破坏,而当裂隙倾角介于φ与45°+φ/2时,岩柱易形成剪切滑移破坏。岩体合成技术可为确定岩柱强度确定提供一种思路。     

不同单一裂隙倾角对岩体破坏特征的影响

为了探求不同裂隙倾角对岩体破坏特征的影响,针对相似模拟试件进行室内试验。通过试验研究了单轴压缩含有裂隙试件的岩石断裂和节理滑动行为。经测试的岩石模型具有与水平倾角为0°、30°、45°、60°、90°的持久单一裂隙。结果表明,在单轴条件压缩下,完整试件的强度高于存在裂隙的试件;预制裂隙倾角影响着裂隙的发育程度,通过试验结果将裂纹发育程度从大到小排列依次为:60°、45°、0°、30°、90°;不同预制裂隙倾角试件的单轴抗压强度曲线近似成倒U型,并且预制裂隙的倾角在30°与45°之间存在着对试件强度影响最大的角度。     

贵州锦丰金矿岩体工程地质特征及RMR质量评价

结合贵州锦丰金矿工程地质调查成果,采用RMR法分别从岩石完整程度、单轴抗压强度、节理间距、地下水状态、节理状态以及节理产状对工程施工的影响程度等方面对该矿270,290 m中段E_3段进行了岩石质量评价。结果表明:(1)矿区整体岩石等级为Ⅳ级,属于较差岩体类型;(2)倾向2°、倾角54°和倾向180°、倾角72°两组方向岩体结构面为区内最弱结构面,对岩体质量稳定易造成较大影响,采矿工程施工时应避开该方向。     

裂隙煤岩三轴压缩特性宏细观试验研究

依托焦坪矿区某煤矿顺槽支护工程,以预制裂隙煤岩体为研究对象,采用宏观三轴压缩试验与细观核磁共振试验相结合的研究方法对裂隙煤岩体三轴压缩试验下宏细观变形、破坏特征及力学特性进行研究。研究结果表明：(1)完整煤样的三轴压缩强度对围压的敏感程度最高,其次为含45°倾角裂隙的煤岩样,含60°倾角裂隙的煤岩样的敏感程度最低;(2)裂隙煤岩的破坏模式随围压增加由直剪破坏向斜剪破坏过渡;(3)裂隙煤岩破坏的峰总面积及第4峰面积所占总面积百分比与围压及裂隙倾角成正相关;(4)裂隙煤岩的孔隙孔径主要分布在1～10μm,破坏后大孔径孔隙所占比例较高,随着裂隙倾角及围压的增加,裂隙煤岩内部更加破碎。     

某矿爆破作用下台阶岩体损伤区测定试验

露天矿台阶爆破对于爆区后侧岩体具有极强扰动,会诱发岩体内次生节理产生与原生节理开裂贯通,对于台阶稳定性与爆破参数设计具有显著影响。结合乌努格吐山露天铜钼矿的爆破开采,利用钻孔摄像技术观测爆破前后岩体裂隙发育程度,确定孔壁节理随爆距增加其演化特征规律;利用爆破振动监测设备获取露天台阶爆破区域后方振动波的传递与衰减规律。现场测试结果发现,随着爆距增加,岩体裂隙倾角由近水平向竖向发育,岩体内部裂隙发育程度也逐级递减,爆破波在岩体内的振幅逐渐衰减。综合岩体微观与宏观的测试结果,并参考我国爆破振动安全标准,确定乌努格吐山露天铜钼矿台阶爆破时后方损伤区大致距爆点12～16 m,结果为后续边坡稳定性分析与爆破参数优化提供了基础数据。     

基于岩体质量指标分类法的采场稳定性分级方法

为确定大尹格庄2号矿体-616 m水平85~88线采场稳定性,对85~88线节理裂隙进行实测,节理产状通过DIPS软件分析,得到优势节理有2组,结构面为北东-南西走向,2组优势节理组的倾向和倾角分别是倾角41°,倾向316°和倾角58°,倾向146°;根据调查结果利用Q值对岩体进行分类,可以得到85~86.5线的7个采场矿岩稳定性较好,86.5~87.5线的4个采场矿岩稳定性一般,88线上部7106采场矿岩条件较差。研究结论可靠,为下一步参数优化的分区应用提供了参考和依据。     

新立矿区海下开采矿岩结构面统计与分析

三山岛金矿新立矿区矿体赋存于海底下,是我国第一座进行海下开采的硬岩矿山。对新立矿区最靠近海底的已开拓的-105m中段巷道进行了详细的工程地质调查,共调查窗口节理1021条,节理产状较离散,倾角范围主要为45°~75°,F1断层上盘节理较发育,节理延伸距离较大,优势方位较明显,优势组走向主要为20°~40°;下盘节理整体相对不发育,大多数巷道节理产状呈随机分布。     

基于随机块体理论的矿山边坡稳定性数值分析

以唐山市某露天铁矿为例,采用ShapeMetrix 3D高精度边坡扫描仪对现场边坡中结构面信息进行采集,并对采集的倾角、倾向、迹长等信息进行数理统计分析,得到随机结构面参数的统计分布规律;依据随机块体理论以及离散元数值模拟软件UDEC再现和反演在边坡中存在的节理裂隙,并进行正交试验研究在不同节理参数组合形式下边坡稳定性系数的性变化规律。根据正交试验结果以及极差分析可知,随着边坡中节理迹长与节理密度的增大,边坡在长期外力作用下稳定性系数逐渐减小;边坡稳定性随着边坡内聚力与内摩擦角的增大而增大;边坡稳定性系数随着节理倾角的增大先减小后增大,并当倾角48°时达到最小值。     

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。     

新城金矿深部节理裂隙调查及岩体质量分级评价研究

矿区深部工程地质调查与评价是“九五”国家重点科技攻关项目“新城金矿复杂条件矿床采矿方法研究”的一项重要内容。本文主要介绍矿区节理裂隙调查、统计的方法和结果,依据调查结果对节理裂隙的分布规律及其与地下巷道、采场围岩稳定性的关系进行了分析。根据矿区工程地质、水文地质和节理裂隙发育调查统计资料,矿区地应力测量和矿岩岩石力学性质试验结果等,采用ＣＳＩＲ地质力学分类方法,对矿区分布的主要岩组进行的岩体质量分     

基于多旋翼飞控平台的岩体节理信息提取研究

工程岩体稳定性主要受节理发育特征控制,岩体节理信息提取与分析对于工程设计、地质工程评价和施工安全具有重要意义。针对当前岩体节理信息提取存在工作量大、劳动强度高、作业风险性强且效率低的问题,提出了一种基于多旋翼飞控平台区域岩体节理信息提取方法。分析了系统的软硬件组成,阐述了无人机航拍调查、区域岩体环境三维虚拟重构、节理裂隙信息提取等数据处理流程,并分析总结了多旋翼无人机开展节理岩体数据采集、基于航拍视频的节理岩体模型虚拟重构、岩体节理信息提取与分析3项关键技术,同时验证了系统的精度。依托黑沟矿区露天边坡节理裂隙调查工作进行了技术验证,现场试验表明：所提出的节理裂隙信息提取方法操作简便、准确度高,为快速提取岩体节理信息提供了参考。