巴润矿矿岩可爆性分区研究

本文分析了国内外岩石可爆性分级的缺陷及影响爆破效果的诸因素,根据露天矿山生产需要,提出了矿、岩体可爆性分区的概念及必要性。采用岩石力学特性,岩体节理、裂隙作为可爆性分区的技术指标,确定了露天矿岩体可爆性分区的准则。采用灰色系统决策理论,建立了各分区指标的数学模型。将爆破性分区应用于巴润矿爆破技术优化中,结果表明分区方法科学、合理、实用。     

岩体可爆性评价研究与工程应用实例

在分析影响岩体可爆性的基础上,选取平均裂隙间距、岩体普氏系数、岩体波阻抗、动弹性模量为评价指标,建立岩体可爆性分级的粗糙元神经网络模型。依据黒岱沟矿岩体数据,对该矿的岩体可爆破性进行了分级评价。结果表明,所建立的模型能够很好的解决岩体可爆性分级问题,该模型可以避免主观因素对权重确定的影响,评价结果客观准确。     

基于立方定律的岩体裂隙非线性流动几何模型

岩体裂隙壁面的几何粗糙会引起其中流体的流动非线性,立方定律在分析此类问题时最为简便但却无法适用。本文旨在基于简单的立方定律,提出一个能够有效适用于岩体裂隙几何粗糙引起非线性流动的分析模型。通过对N-S方程进行量级分析得到了立方定律适用的3个条件：① 足够小的壁面粗糙;② 足够小的隙宽流程比;③ 较小的流动惯性。这些条件在粗糙岩体裂隙中难以满足。为了解决这一问题,本文提出了一个新的粗糙岩体裂隙的离散等效几何模型,该模型中裂隙被合理地“分割”,离散成较短的单元段以使得立方定律的适用条件成立;建立了粗糙单元段的平行板等效方法,从而在粗糙单元段内应用立方定律（局部立方定律）。借助几何模型对典型粗糙岩体裂隙进行了离散和数值模拟,发现离散后的裂隙与原裂隙在流动行为上呈现极好的相似性。并基于离散裂隙导出了粗糙岩体裂隙非线性流动的流量公式,最后通过不同岩体粗糙裂隙的流动试验验证了本模型的正确性。该几何模型及其流量公式能为真实粗糙岩体裂隙的非线性流动行为分析提供有效手段。     

基于改进RMR法及三维可视技术的岩体质量分级分区

针对传统岩体质量分级分区方法存在评价指标僵硬,考虑因素片面,结果表达单一等问题,改进了原有的RMR岩体质量分级法,采用工程岩体6级分级标准,建立了适合矿山工程实际的岩体质量与稳定性评价体系.以某矿山的工程调查取样数据为基础,采用三维模拟技术建立矿山各区域岩体的实体模型和块段模型,以及对单轴抗压强度、RQD值、节理条件、以及地下水条件等一系列岩体评价指标参数进行插值,实现了该矿山围岩质量的三维可视化分级.研究表明,矿区岩体等级大多为较好到一般的Ⅲ级水平,为矿区进行合理的支护规划以及重新论证支护比例提供了参考依据.     

基于三维模拟技术的矿岩可崩性评价

用一种新的数据结构和方法重现三维工程岩体模型和块段模型,采用空间数据插值方法对三维地质块段模型中的各评价参数进行有效估值,最后应用可崩性评价方法对矿岩的可崩性进行评价.针对通过不同岩性区域实体模型和块段模型的建立及不同指标的插值,建立了金川Ⅲ矿区矿岩可崩性评价的三维模型.以此模型为基础,应用此种方法对金川Ⅲ矿区矿岩可崩性分级表明,矿岩可崩性属于中等偏上,与生产实际相符.     

基于水平钻探的地形变观测平硐勘察方法研究

地质结构复杂的山区隧道勘察,常用垂直钻孔,难以满足地形变观测平硐勘察要求。论文以西昌某地壳地形变观测平硐工程勘察为例,提出一种基于水平钻探技术解决隧道勘察的中精细围岩分级和涌水量估算两大关键问题的方法。通过对水平钻探全孔岩心节理裂隙进行详细编录,统计节理裂隙线密度,再结合场区节理裂隙发育优势方位及间距,建立本工程场区岩体标准模型,对标准模型的统计分析最终得到一维岩心裂隙线密度与三维岩体体积节理数Jv的换算系数K,再根据规范计算得到隧道围岩的岩体完整性系数Kv及BQ值,精细划分隧道围岩类别。水平钻探在钻进过程中能准确判断隧道涌水位置并测量涌水量,为隧道涌水量计算提供准确的计算参数。     

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。     

岩体裂隙网络渗流模型的数值解法

阐述了岩体裂隙调查的方法、步骤，说明蒙特卡罗方法的基本思想，介绍了随机数的产生方法和几个分布函数，并利用蒙特卡罗方法模拟岩体裂隙网络、图论法建立岩体裂隙网络渗流模型，推导出渗流方程，并求解出裂隙段渗流速度。     

坚硬裂隙岩体的崩落性研究

本文介绍了我国首次对坚硬裂隙矿岩体崩落性进行研究的情况。研究表明,铜矿峪矿5号矿体的崩落性属中等偏难。还介绍了一种改进的岩体崩落性分级方法。     

地下矿山岩体质量分级三维可视化应用研究

以某矿山勘探钻孔获得的岩体RQD值为基础，应用Surpac软件的三维建模可视化技术，通过三维块段估值计算，构建了矿区岩体质量分级分区三维模型。统计分析岩体质量的空间分布状态。结果表明，矿体Ⅰ级岩体占比29.4%、Ⅱ级岩体占比41.2%、Ⅲ级岩体占比24.4%、Ⅳ级和Ⅴ级岩体仅占5%,在-260 m中段以上以Ⅱ、Ⅲ级为主，在-260 m中段以下以Ⅰ、Ⅱ级岩体为主。根据岩体质量分级结果，建议该矿区岩体质量Ⅲ级及以下的矿体回采采用进路充填采矿法，Ⅰ、Ⅱ级岩体采用分段充填或阶段空场嗣后充填采矿法，井下溜井或硐室布置根据岩体质量的空间分布避开Ⅲ级以下的岩体，深部矿体回采的采场结构参数可以适当加大，宽度为15～18 m,长度为45～75 m,阶段高度为60 m。岩体质量分级分区三维模型可为矿山的生产建设提供重要的指导。     

采动岩层与地表移动的“四带”划分研究

基于采场覆岩"垮落—断裂—弯曲下沉—地表沉陷"一体化过程,研究了岩层破坏与移动特征。根据裂隙带内岩层裂隙发育程度的不同而导致的岩层移动差异,将裂隙带划分为块体铰接带似和连续带,提出了采空区上覆岩层的"冒落带、块体铰接带、似连续带和弯曲下沉带"的"四带"划分,采用顶板铰接结构的形成条件、岩体稳定性系数和岩层裂隙分维数给出四带划分方法。     

基于岩体结构数字识别技术的露天矿山边坡生态修复方案优选

露天矿边坡生态恢复是绿色矿山建设的重要组成部分,目前露天矿山边坡生态修复方案选取存在影响因素多、方案配置差和评价体系不健全的问题,开展露天矿边坡生态修复方案优选研究,对于我国绿色 矿山建设具有重要的推动作用。以铜山口矿山露天边坡为研究对象,采用三维重构和理论分析相结合的方法,利用高精度三维激光扫描技术,构建了铜山口矿山地表精细化数字模型,结合矿山边坡工程地质情况进行 边坡分区研究,得到7个边坡分区图;基于岩体结构数字识别技术获得各分区的边坡角度、高度和岩体节理裂隙密度参数,采用岩体BQ分类法对各个分区进行了岩体质量分级评价,结果表明：5区和7区边坡岩体质量等 级为Ⅰ级,1、2、4、6区边坡为Ⅱ级,3区边坡等级为Ⅲ级。在此基础上围绕边坡分区的岩体质量分级开展了边坡生态修复方案优选,研究表明：5区和7区边坡推荐采用厚层基材喷播技术,1、2、4、6区边坡推荐采用 三维网植被技术,3区边坡推荐采用客土喷播技术。上述分析进一步表明：通过采用岩体结构数字识别技术实现边坡科学分区、实现各区生态修复方案优选的方法,对于提高露天矿山边坡生态修复工作效率和质量有一 定的参考价值。     

基于CT图像处理技术的岩石损伤特性研究

以岩石材料的CT图像为研究对象,充分利用CT扫描图像资料中的信息,提出了一种CT图像分析方法.首先利用数字图像增强技术实现了CT图像的伪彩色增强,并根据数字图像灰度直方图技术分析岩石损伤演化规律,不仅从视觉上可直观地观察到岩石的损伤演变情况,而且可准确、定量地分析损伤演变过程;然后根据数字图像分割技术提取岩石中的空隙、裂隙和岩体颗粒,获得CT图像的真实细观结构,准确地描述了岩石材料内部介质的空间分布;结合损伤理论定义了以损伤面积作为损伤因子的损伤变量,损伤变量与偏应力间的曲线关系符合岩石损伤演化特性.     

煤矿采空区岩体渗透性计算模型及其数值模拟分析

煤矿采空区岩体渗透性是煤矿采空区煤层气抽采设计的基本参数。从煤矿采空区岩体变形-破坏特征分析入手,通过理论分析研究了岩体渗透性与应力之间的耦合关系和模型,揭示了采空区岩体应力-应变和渗透性分布规律。研究结果表明:不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,采空区岩体渗透性决定于岩体破坏程度和断裂的张开度,基于采空区岩体应力-应变导致断裂开度变化,推导了采空区岩体渗透系数与应力之间的三维关系与模型;应用FLAC~(3D)计算软件,对采空区岩体应力-应变-渗透性进行了数值模拟计算,分析了采空区岩体的变形破坏的分区分带特征,在纵向上自上而下形成弯曲下沉带、断裂带和垮落带;在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、卸载应力区和岩体应力恢复区;揭示了采空区岩体渗透性分布与采空区岩体应力-应变和破坏规律相一致的特征。无论是垂直渗透系数比(K_z/K_(z0)),还是水平渗透系数比(K_y/K_(y0)),均随着距开采煤层垂直距离的增大,采空区岩体渗透性逐渐减小,且采空区边缘的渗透系数较大,采空区两侧煤柱区岩体渗透性显著降低。     

爆破开采诱发周边岩体损伤破裂的数值模拟研究

基于连续-非连续单元方法（CDEM）中的朗道点火爆炸模型及拉剪复合应变软化模型,探讨了爆破开采与炮孔周边岩体损伤破裂程度的对应关系。通过量纲分析,确定了爆破诱发岩体损伤破裂的主要影响因素;通过应变软化的Mohr-Coulomb模型及最大拉应力模型,详细探讨了不同黏聚力及抗拉强度下,炮孔周边岩体的损伤因子随爆破距离的变化规律。数值计算结果表明：炮孔附近以压剪破坏为主,岩体处于完全损伤状态,出现具有一定半径的密集破碎带;在远离炮孔的区域,以张拉破坏为主,出现若干条贯通性的张拉裂缝;损伤因子随爆破距离的增加呈指数型衰减,并拟合获得了损伤因子与无量纲爆破距离、无量纲黏聚力及无量纲抗拉强度间的函数关系;强损伤区（损伤因子大于0.9的区域）的临界半径一般在2.5~5.5 m,仅受黏聚力控制;弱损伤区（损伤因子小于0.1的区域）的临界半径一般大于8 m,受黏聚力及抗拉强度的联合控制。     

基于漏失量测定的采空区覆岩裂隙带高度探测技术

煤矿井下采空区的形成导致采场周围岩体的应力重新分布,覆岩在垂向上形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带3个不同变形特征的分带,裂隙带高度是瓦斯抽采、矿井防治水等工作的重要参数。分析了煤矿井下采空区覆岩破坏理论和裂隙带高度确定方法研究现状,研究了基于井下钻孔岩层漏失量测定的采空区覆岩裂隙带高度探测技术与方法,研制了水压膨胀式封隔器和双通道式测试管柱等测试设备,水压膨胀式封隔器膨胀系数大,与钻孔壁贴合紧密,实现钻孔分段严密封堵,且体积小、耐磨;双通道式测试管柱,一路用于膨胀孔内封隔器,另一路用于注水测定岩层漏失量,解决了以往采用橡胶软管耐压差、易损坏、软管与钻杆缠绕导致输送困难等问题。黄陵某矿现场应用表明,采用水压膨胀式封隔器和双通道式测试管柱等测试设备、基于漏失量测定的煤矿采空区覆岩裂隙带高度探测技术,可方便、快速、准确地测定采空区覆岩裂隙带高度,为矿井高位孔瓦斯抽采及顶板防治水提供技术依据。     

高地应力条件下围岩破损区岩体力学特性研究

利用细观损伤力学的基本原理,建立了高地应力区围岩稳定分析的细观损伤力学模型,对围岩破坏全过程进行了分析模拟。引入等效模型的概念,对破损区域内围岩在破坏前后分别建立等效模型,进行数值力学试验,根据试验得到的力学特性曲线,对围岩开挖破碎带岩体主要力学参数（强度、变形模量等）随施工过程的变化规律进行了深入的定量研究,得到了岩体主要力学参数的变化数值,为岩体稳定分析和结构设计提供了可靠的依据,同时也进一步明确了开挖后围岩扰动区域的划分标准。     

钻孔数字测量系统在七五煤矿中的应用

煤矿巷道围岩松动圈的存在是一个普遍现象,随着煤矿开采深度的增加,巷道开挖后出现围岩松动圈不可避免。以研究全景数字钻孔摄像系统测量围岩松动圈厚度值为目的,结合V isualBasic6.0编程语言,采用数字图像处理技术及其方法,研制了围岩松动圈裂缝检测系统,建立了围岩松动圈厚度值的全景钻孔数字摄像测量系统,成功地将钻孔数字摄像测量系统应用于现场工业性试验中。     

初始地应力作用下岩石爆破裂纹扩展研究

为了研究初始地应力作用下的岩体在爆破时的裂纹扩展规律,本文分析了不同初始地应力情况下的裂纹扩展机理,并考虑了具有初始损伤的岩体在地应力作用下的裂隙区半径。鉴于初始地应力作用下裂隙区公式计算的复杂性,对于等向围压的岩体,引入了强度折减系数用于计算裂隙区半径,并通过ANSYS/LS-DYNA软件模拟出不同初始地应力作用下的岩体在爆破时的裂纹扩展规律,并验证公式的适用性。得出如下结论：初始地应力作用下的岩体产生的爆破压碎区呈现类椭圆状,且随着初始地应力的增大其压碎区半径有着一定的增大趋势。单向初始地应力作用下对于爆破产生的主裂纹扩展起导向作用,裂纹的长度随着初始地应力的增大而逐渐减小,表现为抑制作用;双向等压地应力作用下主裂纹的扩展趋势为沿着最大主应力方向成大致成45°角,强度折减系数的引入有效的考虑了初始地应力作用下的岩体裂隙区半径;不等向初始地应力的裂纹扩展方向为沿着岩体最大主应力方向成一定角度,当一侧围压固定不变时,该角度会随着另一侧围压的改变而逐渐增大或者减小。     

一种基于模拟退火算法岩体可爆性分级的投影寻踪回归方法

在分析影响岩体可爆性因素的基础上,选择岩体坚固性系数、声阻抗、炸药消耗量、平均裂隙距作为岩体可爆性分级评判指标,建立岩体可爆性分级的投影寻踪综合评价模型,利用遗传算法优化其投影方向,根据投影特征指标值对岩体可爆性进行分级评价,并将其应用于某地下岩体可爆性分级。评价结果表明,该评价模型可以避免主观因素对权重确定的影响,评价结果客观准确,为岩体可爆性综合判别提供了一种新的方法。