新集一矿地应力测试及应用分析

为对新集一矿进行地应力测量,在前期勘探时,采用水压致裂法对该矿区典型位置S-5号孔和S-9号孔的地应力场进行测试。测试结果表明:该矿区应力场以水平应力为主,具有明显的构造应力特征,且最大、最小和垂直主应力均随深度的增加而增加。实测该矿区最大水平主应力为13.95～25.23 MPa,方向近于NE向,最小水平主应力为12.16～21.17 MPa。通过对比分析测试结果与淮南矿区的区域地质构造地应力场是基本吻合的。     

自然崩落法矿山深部地应力场分布规律的测试研究

采用LUT 地应力测试系统对中条山集团铜矿峪铜矿深部矿区进行了地应力测量, 发现该矿区地应力的主应力随埋深增加呈近线性增加, 埋深最大的340 m中段测点处最大主应力值达到了37.83 MPa; 最大主应力的方位在浅部和深部表现出较好的一致性, 均为北东东向。深部矿区的原岩应力以水平构造应力为主, 上部岩层垮塌使下部邻近区域的最大主应力的倾角明显增大, 其影响程度随深度增加而减弱。该研究成果将对自然崩落法矿山的采矿工艺设计和安全生产具有指导作用。     

基于人工神经网络的金川矿区地应力规律研究

基于地应力现场实测结果的复杂性、随机性和不完备性,为提高对测试数据分析的可靠性,针对金川矿区实测的地应力数据,采用人工神经网络模型对实测数据进行学习和训练,由此建立了矿区地应力分布规律与影响因素之间的隐函数关系。然后通过不同位置和深度的地应力预测和回归分析,获得了金川矿区复杂地应力场的变化规律。研究结果表明:随着埋藏深度的增加,金川矿区的最大水平主应力σH、最小水平主应力σh和垂直主应力σV大致呈现线性变化关系;垂直主应力随深度的线性回归系数为0.0285,基本上等于或略大于于上覆岩层的重量;浅部以水平应力为主,深部地应力逐步向静水压力场发展;但深部的剪应力随深度逐渐增大,并对地下工程稳定性产生不利影响。研究结果为金川矿区深部工程优化设计和矿体开采提供了理论依据。     

会泽铅锌矿深部地应力分布规律的研究

为了解云南会泽铅锌矿深部地应力的分布规律,在该矿区两个不同标高的中段布置6个测点进行了地应力测试。运用有限差分法软件FLAC3D进行数值模拟。结果表明:该矿区的地应力以水平构造应力为主导,最大主应力与水平夹角介于8.87°~28.70°之间,深部地应力方向大致呈NNW~NNE向;矿区原岩水平应力和垂直应力以及最大主应力均随着深度的增加而增大,弹性模量随深度增加减小;矿区的水平最大主应力与垂直应力之比(侧压系数)在0.652~2.974之间,最大水平主应力是最小水平主应力的1.402~6.898倍。矿区的地应力分布受到断层的影响,导致断层附近的应力明显下降。     

滇东老厂矿区煤层气储层地应力特征研究

地应力特征是煤层气勘探开发,尤其是压裂设计的基础研究内容。为了探明滇东老厂矿区地应力分布特征,基于测井资料、岩石力学试验及水力压裂曲线,利用带附加构造应力项的Anderson模型,计算了滇东老厂矿区煤层气储层地应力特征参数,分析了地应力分布规律及对储层渗透率的影响。结果表明:滇东老厂矿区煤储层地应力整体为10～30 MPa,属中高应力区。最大水平主应力σ_H,最小水平主应力σ_h和垂直主应力σ_V随埋深增加而增加,并且垂向上应力场随埋深增加逐渐由水平主应力主导变为垂直主应力主导,800 m为应力转换点,800 m以浅以σ_Hσ_Vσ_h为主,表明有利于走滑断层应力场活动,煤层处于压缩状态; 800 m以深以正断层应力场(σ_Vσ_Hσ_h)为主,垂直主应力σ_V为主控应力,煤层处于拉张应力状态。侧压系数整体上位于中国和Hoek-Brown内外包络线之内,且随埋深增加逐渐由大于1为主,减小到应力转换带深度下的普遍小于1。地应力通过埋深对渗透率起控制作用,煤层埋深在800 m内,孔隙在挤压应力作用下逐渐闭合,渗透率随埋深增加呈负指数减小,800 m以深垂直主应力为渗透率主控因素,储层处于拉张应力状态,且天然裂缝近乎垂直发育,天然裂缝在垂直主应力作用下开启,渗透率随埋深增加而增加,渗透率变化点与应力场变化点基本一致。     

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。     

小厂坝矿区地应力测试及分布规律

AE法测地应力由于Kaiser效应点难以辨识,应用受到极大限制。通过解决MTS815加载系统与PCI-Ⅱ型声发射信号采集系统在时间上的同步问题,确保了测试的Kaiser效应点与实际的Kaiser效应点的一致性;提出了分级循环加载精确识别地应力Kaiser效应点的方法。将该方法用于小厂坝矿区15个测点地应力测试中,其结果表明,小厂坝矿区主要以水平构造应力为主,但随着开采深度的增加,地应力由水平构造应力为主向垂直应力为主转变;750m中段的水平最大主应力超过30MPa,说明750m中段存在发生岩爆的高应力环境,在实际开采中,应加强支护和监测。     

基于凯瑟效应的小厂坝矿区地应力分布规律研究

正确掌握矿区地应力分布规律对于深井开采过程中如何合理选择巷道布置方式、巷道断面形状、采场推进方向、支护形式、支护参数、开采顺序、顶板管理方法等有重要意义。本文采用AE法对小厂坝深部地应力进行了测量,掌握深部地应力的方向、大小和分布规律,测量结果显示:小厂坝矿区深部地应力较大,属于高应力状态,地应力随开采深度的增加呈增大趋势,在深部矿体开采过程中,应加强地压监测,合理布置采矿工程。     

巨野煤田龙固矿地应力测量与分析

为了掌握巨野煤田龙固矿区地应力状态,采用套芯应力解除法和室内声发射法(AE法)对山东巨野煤田龙固矿进行了8个点的地应力测量.通过实测与分析,对地应力状态随深度的变化取得了一定规律性认识.两种测量方法相互印证,其结果显示地应力状态变化的一致性,证实地应力场以水平构造应力为主,最大水平主应力方向为近北西-南东向.分析结果可...     

新集矿区地应力场类型及特征分析

新集矿区构造格局属淮南构造单元,利用4个钻孔不同深度的地应力数据,通过数据处理和回归分析表明,新集矿区属典型的构造应力场类型。水平主应力随着深度的变化呈分阶段的变化趋势,垂直主应力随着深度的增加逐渐增大。该区的侧压比曲线介于Hoek-Brown内包线和中值线之间,且浅部形态较陡。     

变粒岩破裂全过程声发射时频特性试验研究

通过变粒岩单轴压缩下声发射试验, 采集了应力-应变曲线与声发射数据。联合应力曲线, 总结了声发射积累计数和积累能量的演化特征。利用Welch谱估计法与小波能谱系数法分别对试件声发射信号功率谱密度及能量分布特征进行了分析。研究表明, 声发射积累能量比振铃积累计数能更好地预测岩石破坏; 在试件破坏前或产生较大裂纹时, 声发射信号峰值频率会有所下降, 其能量集中频段也在扩大; 在[78 kHz, 156 kHz]频段能谱系数持续增大且其值超过50%的声发射信号出现频繁的现象, 可作为试件破坏失稳的前兆信息。结合岩石声发射信号时频特性, 可为预测岩体破坏提供一种新思路。     

CONFINING PRESSURE EFFECT ON ACOUSTIC EMISSIONS IN ROCK FAILURE

Based on the phenomenon that acoustic emissions (AE) generated by rock massincreas uddenly because of underground excavation, time sequence of AE rate in rock failurehas been discussed by using statistical damage theory. It has been demonstrated that how theinfluence of confining pressure on the deformation behavior and AE characteristics in rocks can beinferred from a simple mechanics model. The results show that loading confining pressure sharplybrings out increasing of AE. On the other hand, few AE emits when confining pressure is loadedsharply, and AE occurs again when axial pressure keeps on increasing. These results have beenwell simulated with computer and show close correspondence with directly measured curves“ inexperiments.     

岩石高径比效应对其声发射影响的数值模拟研究

对6种不同高径比岩石试样进行数值模拟研究,讨论了不同高径比值下声发射之间的关系,得出了声发射的时间序列特征和空间分布的规律:H/D1时,达到应力峰值前,声发射频度及能量极少,且弥散、随机的过程较长;当达到峰值时,声发射频度和能量达到历史最大,主要分布在试样中部。H/D≤1时,在初期声发射已有出现,达峰值应力前有声发射突跃,且能量也较大,出现声发射带;达到峰值应力和在峰值过后仍有几次频度较高的声发射。这些特征为用压力机做实验时,控制一定高径比尽量避免岩石试样破裂过程受垫板干扰提供了参考依据,对预测岩石破裂来临及位置具有一定的参考意义。     

帷幕体单轴压缩破裂声发射空间演化规律与分形特征研究

基于岩石破裂声发射事件空间定位技术和分形几何理论, 对以研山铁矿东帮砂砾卵石为骨料经胶结制作的帷幕体试块进行了单轴压缩试验研究, 探讨了不同含水率下帷幕体试块的强度特性、AE事件累积计数特点、声发射事件空间演化规律及分形特征。研究结果表明：帷幕体试块破裂受到卵石骨料等成分的空间分布非均匀性影响和内部存在的各级结合缝控制, 破裂空间分布呈现非均布向均布演化特征。一定的含水量可以提高帷幕体的强度; AE事件随应力增加逐渐活跃, 其空间分布逐渐由区域中心向外扩散, 渐呈均布趋势聚集于试件中部, 且AE事件大部分产生于应力峰值前; AE事件空间分布分形维数随应力变化表现为先升维后降维, 在峰值应力附近达到最大值, 然后出现分维突降现象。分形维数降低可以作为预测帷幕体失稳破坏的前兆。     

基于声发射定位的单轴受压帷幕体裂隙演化分析

利用RLW-3000伺服压力试验机和PCI-Ⅱ声发射三维定位实时监测系统对以研山铁矿东帮砂砾卵石制作的不同含水率的帷幕体试块进行单轴压缩条件下的声发射(AE)测试,并结合声发射空间定位、AE 撞击计数率对不同应力阶段帷幕体裂隙空间演化规律进行了分析。试验结果表明：帷幕体声发射事件空间定位在试块中分成上下2部分。在帷幕体的初始加载阶段,声发射事件定位位置为试块内部的应力集中位置;随着荷载的不断加大,声发射事件逐渐由区域中心向外扩散。声发射波的传播受水的影响,在养护条件下的帷幕体的声发射事件数最多,干燥条件下帷幕体的声发射事件数最少。随着含水率的增加,撞击计数率峰值出现得更早。研究结果对帷幕注浆破裂失稳机理研究有一定的意义,也可以为工程岩体稳定性提供理论依据。     

基于HHT的粉砂岩破裂声发射信号频率特性研究

通过对粉砂岩进行单轴加载声发射实验,基于HHT分析方法,研究岩石破裂过程的声发射信号频率特性。研究结果表明:HHT是一种基于主成分分析的信号时频分析方法,可以确定信号的主次成分,用瞬时频率来精确描述信号的时频特性;粉砂岩破裂过程中声发射信号的时频分布有3个阶段,即初始区、波动区、沉寂区;粉砂岩破裂过程中声发射信号的主频与所处的应力水平有关,在岩石破裂前,随着应力水平的提高,主频逐渐降低;粉砂岩破裂过程中,从裂纹稳定扩展到不稳定扩展,直到岩石破裂,高能量声发射信号由高频率向低频率转移,且持续的时间增加;粉砂岩破裂过程中声发射信号适宜监测频段为20~120 k Hz。     

基于尺寸效应的岩石声发射时空特性数值模拟

为研究不同大小尺寸岩石破坏过程中的声发射时空分布和演化规律及其对岩石破坏过程声发射的影响,以某矿山岩石力学参数为依据,利用数值软件对相同高径比、不同大小尺寸的6组岩样进行试验研究。试验表明当岩样尺寸小时,大的声发射事件主要出现在岩样大破裂贯通前后,声发射在岩样中从当初的随机性分布,到过峰值载荷之后大量集聚在岩样中部。试样尺寸较大时,未达到峰值应力前声发射较少出现,且分布弥散,大的声发射事件仅在峰值载荷后出现1次,其能量和数量均是声发射历史上最显著的,在试样中两处聚集成核,这与不同尺寸岩样内部包含不同缺陷强度离散性有密切关系。     

三轴压缩煤岩破裂过程中声发射时空演化规律

利用MTS815岩石力学实验系统,开展不同围压（3.2、9.6、16.0、22.4 MPa）下煤岩的三轴压缩声发射定位实验,研究煤岩破裂过程中AE(Acoustic Emission)时序特征、能量释放与空间演化规律。实验发现：静水围压阶段,AE信号主要产〖JP2〗生于中前期,声发射源主要是裂隙的压密、摩擦与滑移,其强弱与试件的原生裂隙、孔隙的发育程度密切相关;施加轴压阶段,煤岩声发射时空演化过程与应力应变曲线具有良好的对应关系,在产生初始损伤、屈服及破坏时,AE特征均会产生明显的突变。AE时序参数、能量释放与定位信息的综合分析表明,煤岩破坏前兆点的应力强度百分比为92%~98%,均处于屈服点后的不稳定裂纹扩展阶段。同时,实验揭示了煤岩破裂过程中声发射的围压效应,并发现AE时空定位演化较好地对应了破裂事件从单一到复杂、从无序到有序的演化过程。     

Theoretical analysis of characteristics of acoustic emission in rock failure based on statistical damage mechanics

Based on statistical damage mechanics, the constitutive model of a rock under three-dimensional stress was established by the law that the statistical strength of rock micro-element obeys Weibull distribution. The acoustic emission (AE) evolution model of rock failure was put forward according to the view that rock damage and AE were consistent. Moreover, in the failure process of rock under three-dimensional stress, the change in relationship between stress condition parameter and the characteristic parameters of AE, such as the event number and its change rate, were studied. Also, the rock AE characteristic under uniaxial compression was analyzed in theory and verified with examples. The results indicate that the cumulative event number and change rate of AE in rock failure are determined by stress state parameter F. Along with the gradual increase of F, first the cumulative event number increases gradually, then rapidly, and then slowly after the stress peak. The form of change rate of an event by increasing F is consistent with the distribution form of rock micro-element strength. The model explained the phenomenon that a relatively quiet period of AE appears before rock rupture that is observed by many researchers in experiments. Verification examples indicate that the AE evolution model is consistent with the test results, so the model is reasonable and correct. Supported by the Key Program of National Basic Research Program(973) of China (2005CB221505); the National Natural Science Foundation of China (2005E041503)     

突出煤体单轴压缩和蠕变状态下的声发射对比试验

采用MTS815液压伺服岩石试验系统和DISP-2声发射监测系统，对突出煤体和砂岩进行单轴压缩全应力-应变和分级加载蠕变状态下的声发射试验.研究结果表明,由于试样初始损伤程度的差异，单轴压缩作用下煤样的声发射现象贯穿整个试验过程，而砂岩在弹性阶段声发射信号较少.分级加载蠕变试验过程中，前3级应力水平处于典型的第1，2蠕变阶段，期间声发射振铃事件比快速递减，其均值和递减时间随应力水平升高而增加.声发射累计振铃数变化曲线能较好地体现原煤试样蠕变特性的变化趋势.第4级荷载水平时，前期声发射曲线基本保持稳定，但数值明显高于前3个应力水平.在破坏前的极短时间内，声发射曲线急剧上升，预示试样即将完全破坏.