金川二矿区深部工程地质研究与岩体质量评价

金川矿区1#矿体是金川矿区主要矿体,也是二矿区二期开采的矿体.由于矿体埋藏深而地压大,矿区地应力高,岩体节理裂隙发育,围岩稳定性极差.随开采延深、采场面积扩大,采场地压控制和巷道稳定性维护是二期开采中的关键技术问题,为了探索最佳采场地压控制措施和巷道支护技术,进行二期采场系统分析与参数优化,工程地质研究与岩体质量评价是深部开采的基础.为此,金川矿区对此进行了深入研究.首先,开展了深部工程围岩的现场调查、分析与研究,在此基础上,进行工程围岩分类和质量评价.     

金川二矿区1098m分段巷道稳定性研究

运用金川比较成熟的围岩稳定性分析法,结合巷道围岩现场工程地质调查,对1 098 m分段围岩进行了分类.并以此为基础,针对1 098 m分段目前的巷道支护型式,应用巷道收敛变形监测的成果信息,进行了巷道稳定性评价.分析探讨了一次支护、二次支护以及其它支护类型的支护时机问题,为二矿区深部巷道的支护技术研究提供了有价值的借鉴.     

金川矿山深部采掘条件下岩石力学研究与实践

 金川矿山经过几十年开采,开采深度已达1 000 m,复杂的工程地质条件、高地应力以及高渗透压导致深部开采工程的稳定性问题愈加突出。对金川二矿区深部850～1 000 m水平进行大量的现场地质调查研究,测试深部典型岩石的物理力学参数、膨胀与软化特性,研究岩石力学性质和地应力随埋深的变化规律。采用岩体地质力学(RMR)分类法和岩体质量(Q值)分类法,绘制二矿区深部各分段水平的岩体质量分区图。在深入调查金川矿区深部巷道变形和破坏特征的基础上,对高地应力、高渗透压下深部巷道开挖支护稳定性进行研究,结果表明,U型钢和锚杆联合支护效果最佳。全面总结金川矿区深部巷道支护经验,对巷道掘进和支护技术提出几点新的想法。研究不同开采方式对金川矿区深部充填体和围岩稳定性的影响,优化矿体回采方式,建议采用“隔三采一”布置回采进路,有助于控制围岩的变形,减弱上部充填体的下沉。     

淮南矿区深部煤巷支护难度分级及控制对策

 系统分析淮南矿区深部煤巷围岩赋存的地质特征、控制难度和应力状态等因素,确定影响煤巷稳定及锚杆支护选型的最主要和敏感因素为巷道顶板应力强度指数、帮部煤体松散范围系数、顶板软弱岩层不安全因子3个综合指标,通过大量测试矿区深部巷道围岩地应力和煤岩试块物理力学性能,对这3个综合指标体系进行科学合理分类,在此基础上划分深部煤层巷道围岩稳定性控制难度级别,针对各难度级别,提出以新型“三高”(高强度、高预拉力、高刚度)锚杆控制技术为基础的深部煤巷围岩控制对策。应用该方法对矿区几个典型矿井的深部煤层巷道围岩稳定程度进行难度分级,采取针对性技术措施和支护参数,维护巷道稳定。研究成果在淮南矿区获得全面应用,对我国煤矿深部煤层巷道支护技术具有一定的理论意义和实用价值。     

金川岩体各向异性与巷道支护变形破坏关系探讨

岩体强度和变形的各向异性直接影响岩体的稳定.通过对金川二矿区1218水平采准巷道围岩岩石及岩体结构面分形、弹性波波速值和巷道围岩位移各向异性特征的具体分析,得出了围岩的各向异性是造成金川镍矿深部采准巷道支护变形破坏的主要因素之一,也是巷道围岩变形量大、变形时间长的根本原因的结论.     

金川矿区不良岩层巷道围岩变形控制与喷锚支护

金川矿区井巷围岩多属不良岩层,地质构造复杂,岩体软弱松散,地应力高,围岩形态变化大,而且具有显著的流变特征。因此采用传统的支护方法,并不能保证巷道的稳定。围岩变形是能集中而真实地反映围岩的受力状态和稳定程度的。因此变形量测所得的变形值、变形速率和时间效应是指导喷锚施作,评定围岩稳定程度的重要依据。塑性流变特征明显的大变形巷道中采用二次喷锚支护是解决这类岩体巷道维护的一个有效途径。初始支护应尽可能快地施作,充分利用支护的及时性、固结性和密封性,以迅速加固松散岩体,控制围岩初期的剧烈变形,并使围岩应力得到进一步释放,减轻支护结构的负担。二次支护则应有足够的滞后时间,只有在围岩变形速率明显下降时施作二次支护,才能取得最良好的效果。由此可见,必须十分重视现场监测,切实掌握围岩力学形态的变化,研究岩体的变形和破坏规律,探索围岩结构和工程结构的相互作用,进行岩体稳定性评价,这是提高喷锚支护可靠性的直接而有效的方法。     

金川岩体各向异笥与巷道支护变形破坏关系探讨

央体强度和变形的各向异性直接影响岩体的稳定。通过对金川二矿区１２１８水平采准巷道围岩岩石及岩体结构面分形、弹性波波速值和巷道围岩位移各向异性特征的具体分析,得出了围岩的各向异性是造成金川镍矿深采准巷道支护变形破坏的主要因素之一,也是巷道围岩变形量大、变形时间长的根本原因的结论。     

BM-1型机械式多点位移计在金川矿区的应用

金川矿区不良岩层属大变形的流变岩体。在这种岩体中的(位移)物理量是反映围岩变形活动状态及其稳定性评价的主要依据。为此我们研制了BM一1型机械式多点位移计,它是量测围岩表面和内部不同深度点的位移速率、位移量及其与时间的关系,寻求松动圈和位移范围的一种直观有效的量测工具。它由锚固头,测量钢尺和孔口装置等三部分组成。锚固力主要靠压缩木膨胀产生。由于锚固力大,锚固头与孔壁建成一体,这时孔壁岩体移动就能带动测点的移动,然后从孔口钢尺读数变化中反映出来。这种位移计从1979年起在金川二矿区的各种不同巷道里安装了～百多个测点,获得了二万多个观测数据。取得了尉岩位移随时间变化的特性曲线;围岩内深达12米范围内的经向位移在时问和空间上的分布规律;以及判断围岩松动圈尺寸和位移范围的资料。在使用喷锚支护条件下,测得了两次支护合理的间隔时间和围岩允许的最大位移值。这些成果对调整支护参数、指导施工工艺过程,确保施工安全和工程稳定起到了重要的作用。     

深部软弱围岩叠加拱承载体强度理论及应用研究

 目前,长锚索与锚喷网支护相结合的支护方式在深部软弱围岩中已经得到了广泛应用,但是对于这种联合支护结构的承载特点缺乏深入了解,特别是对于初次支护和二次支护的承载能力没有量化解析式。因此,在岩石力学理论的基础上,针对深部软弱围岩的“锚喷网+锚索”联合支护特点,提出由主压缩拱(锚杆支护)和次压缩拱(密集型锚索支护)共同构成的叠加拱承载体力学模型;根据弹塑性理论、锚杆的中性点理论和锚索的力传递机制推导初次支护和适当让压后二次支护的承载体强度方程;并将“围岩–支护结构”组成的共同体看作一种等效耦合围岩,运用弹塑性力学方法得到这种等效耦合围岩的力学参数随释放位移(让压位移)变化的关系式。工程计算表明,金川III矿区破碎硐室经叠加拱支护后,极限承载能力 可达到513.34 kN,等效耦合岩体 值可达到47.54°, 最大值为1.37 MPa,提高围岩的峰后强度,有利于硐室围岩的长期稳定;现场监测也表明,进行叠加拱承载体支护后的硐室围岩变形趋于平稳,收敛速率小于0.1 mm/d。     

新疆中生代复合型软岩大变形控制技术及其应用

 针对新疆沙吉海矿区中生代复合型软岩产生的顶板离层冒落、侧墙鼓出、底板鼓起等非线性大变形破坏现象,综合应用现场工程地质调查、理论分析、数值计算、物化分析、软岩水理作用测试、现场测试等手段和方法,深入分析本区中生代复合型软岩巷道围岩的分子膨胀+岩体结构面错动+开挖扰动的复合破坏机制,提出以恒阻大变形锚网索耦合支护为核心的主动支护技术体系。通过恒阻装置充分释放围岩膨胀能和塑性能,减小支护荷载及高应力集中,同时借助高阻性能抑制过大有害变形,合理控制围岩塑性圈;然后通过锚网索二次耦合支护消除围岩塑性大变形、层间软弱结构面的错动引起的围岩–支护之间的变形不协调,并采用注浆锚管控制底鼓大变形,最终形成围岩–支护结构协同承载体系。基于非线性大变形力学设计方法及数值分析,进行施工过程设计及参数设计。工程实践表明,该技术得到成功应用,保证了巷道的稳定。     

深埋大跨度软岩硐室让压支护设计研究

针对金川三矿区破碎硐室进行了较系统的支护设计研究,得到了一些有价值的成果。首先根据工程地质和围岩自身的特点,在原设计方案的基础之上提出了三步开挖、二次支护和三次让压的总体计算方案,并采用三水平四因素的正交试验表设计了16个让压支护方案;然后,应用FLAC2D对这16个支护方案分别进行了计算,并采用文中所提出的优选评价指标Es进行了综合评定和分析,得到了最佳让压方案;最后,应用FLAC3D对最佳让压方案进行了24工序的三维开挖与支护计算,并提出了较为合理的开挖与支护建议。实际应用表明,优化后的方案有利于该深埋大跨度软岩硐室的长期稳定,该优化设计方法有一定的推广价值。     

金川二矿区地下巷道变形监测分析及应用

金川矿山地下工程围岩的工程地质条件差，地压活动强烈，尤其是处于采矿动态环境中巷道的失稳更为严重。通过对二矿区地下巷道的长期变形监测，结合现场工程地质调查研究，综合分析了采准巷道的失稳主要受采动因素和岩体结构因素的影响。提出二次支护与巷道破坏后的重新支护宜强不宜弱的论点与地压控制措施，为后续采矿的顺利进行提供科学依据。     

深部倾斜岩层巷道非对称变形机制及控制对策

 针对深部倾斜岩层巷道围岩在开挖支护后所表现出的非对称变形破坏现象,对其变形破坏机制及耦合控制对策进行了数值模拟与工程应用研究。研究结果表明,深部倾斜岩层巷道断面与岩层倾斜方向的钝角部位是产生非对称变形破坏的关键部位;非对称变形破坏的机制主要表现为受岩体结构的非对称性影响而产生的层间剪切滑移变形机制及高应力扩容变形机制等差异性变形机制。基于上述研究,提出非对称耦合控制对策,即在锚网索耦合支护的基础上,利用锚索、底角锚杆等对产生差异性变形破坏的关键部位进行加强支护,从而达到控制巷道非对称变形的目的。数值模拟与工程应用结果表明,采用非对称耦合支护形式,可以有效地消除巷道围岩关键部位产生的差异性变形,巷道围岩稳定性大大提高。     

隧道围岩的复合结构特性及其荷载效应

 基于地层岩土体的结构性和工程扰动特点,建立复合隧道围岩结构模型,提出围岩结构稳定性及其荷载效应的计算方法,实现荷载结构模型与地层结构模型的耦合。隧道施工引起的应力释放伴随着应力的转移,通常是由围岩中的压力拱实现传递的,表现出围岩的渐进破坏特点,按其稳定性特点可将围岩分为浅层围岩和深层围岩;深层围岩破坏的不连续性和阶段性本质上是由其分组特性所致,而每一组围岩则呈现同步或几乎同步运动的特点,并且一组围岩的失稳随即在其外侧形成一组新的岩层结构,用以维持其外部围岩的稳定,表现为随时空转化的复合拱结构模式;每组深层围岩通常是由“结构层”和“荷载层”构成,其中分层厚度较大、强度和刚度相对较高的岩层作为结构层控制着整组围岩的稳定性,通常位于围岩组的内侧,而厚度较小、强度和刚度也较低的岩层则作为荷载层而作用在结构层上。揭示结构层的失稳机制并给出相应的判据;明确提出复合隧道围岩结构的荷载效应是由浅层围岩的给定荷载和深层围岩的形变荷载组成,给定荷载取决于浅层围岩范围和性质,而形变荷载组取决于对结构层控制位态和传力岩层的刚度条件。     

岩体分类的二元相对模糊评判法

简述模糊综合评判的表达原理，首先，研究岩体分级评定隶属函数的两种形式，对于那些在数学上是连续的指标，指出隶属函数可以采用正态、三角模糊数及正弦函数等连续函数：对于难于采用连续函数刻画的指标，可以采用隶属度取值表；然后，分析影响岩体稳定的因素，选取其中5个指标作为分类依据，建立各个指标的隶属函数，引入二元相对比较法确定各因素的相对优先权重，并说明在岩体稳定性分级中的应用办法；最后，介绍一地下岩体工程的工程地质情况，利用所研究的分类方法对该工程实例进行分析，并给出主要的过程利结果，分析结果在工程施工中得到验证，从而说明研究结论的可靠性和适用性。     

含裂隙水围岩巷道变形破坏数值模拟

巷道围岩在地下水渗透作用下慢慢软化,使得围岩内部的裂隙不断发生扩展,在这些裂隙达到贯通或者通过损伤演化扩展形成新的裂隙后,就成为了宏观状态下的裂缝,当这些裂缝不断的发生积累演化,最后导致岩体失稳破坏。这种失稳破坏改变了围岩应力分布状态,影响到围岩位移场分布及破坏范围,从而大大降低了围岩的稳定性,给煤矿的安全生产带来了隐患。结合断裂力学和损伤力学的相关理论,笔者建立了FLAC3D二次开发模型并进行了验证,将此模型应用于工程实践的稳定性分析。     

青岛龙山地下商场围岩稳定性评价及锚喷支护设计

根据岩体结构和岩石力学性质对围岩稳定状态所起重要作用 ,采用定量与定性相结合的多因素多指标的综合分类法 ,进行围岩地质构造、毛硐稳定情况调查、现场声波测试、点荷载试验、室内岩石单轴抗压强度试验等 ,考虑硐室的跨度、埋深等特征 ,经过综合分析 ,确定围岩类别 ,科学评价硐室围岩稳定性 ,以此作为确定岩体开挖和围岩加固支护方案、计算相应参数的依据     

隧道围岩稳定分析中Hoek-Brown强度准则的运用

结合经典岩体力学理论分析了隧道围岩失稳的原因,然后提出了基于Hoek-Brown强度准则的围岩稳定分析方法,并且结合工程实例论述了其在隧道围岩分析中运用的优越性,认为用其判别完整坚硬围岩的破裂扩展情况的方法是可行的。