基于数字散斑技术的深部巷道围岩岩爆倾向相似材料试验研究

借助数字散斑观测技术,采用相似材料模拟方法通过对深部岩巷开挖过程中围岩应力演化特征、变形破坏规律的分析,揭示了深部岩巷围岩稳定性控制机理。分析不同支护作用下开挖速度影响的围岩变形破坏规律,寻求岩爆发生与深部岩巷变形破坏的内在联系。分析实验结果得如下规律：开挖速度加快后,围岩变形塑性区逐渐扩大,深部岩巷岩爆倾向和围岩破坏程度逐渐增大;弱锚网支护对围岩变形有一定的控制作用,强锚网对围岩支护作用明显,支护强度提高,深部岩巷抵抗塑性变形的能力增强,整体变形减小、围岩稳定性提高。     

川藏铁路深埋隧道围岩灾变分析与思考（特约稿）

国家新时期世纪工程川藏铁路面临全球最为复杂的工程地质条件。受深部环境和工程扰动影响,沿线深埋隧道围岩失稳灾变问题凸显;符合深部特征的围岩灾变分析研究,既是川藏铁路深埋长隧安全建设的重大现实需求,也是提升我国特殊地质条件下深部工程开发能力的关键。为此,以“深部围岩灾变分析”为核心,从深部围岩孕灾的原位地质环境与工程扰动效应入手,重点开展了深部围岩质量分级、大变形判识和岩爆孕灾等方面的理论方法研究与思考。首先,概述了川藏铁路深部围岩孕灾的原位地质环境特征,并从试验模拟和理论分析两个层次揭示了深部围岩孕灾的工程扰动效应;进一步,以修正的BQ法为基础,发展了可综合反映地应力、地温和地下水影响的围岩质量分级方法,初步应用于川藏铁路深部多场耦合环境下的隧道围岩分级修正研究;最后,针对川藏铁路深埋隧道围岩灾变的两种典型显现形式(大变形与岩爆),提出了隧道围岩大变形分级多因素分步评估方法,以及深部围岩岩爆综合预测研究思路和预测模型与方法。相关研究成果和学术思想可为川藏铁路沿线深埋隧道围岩灾变分析与稳定性研究提供借鉴与参考。     

基于惯性传感组件和 BP 神经网络的 防冲钻孔机器人钻具姿态解算

钻孔卸压是高地应力矿井治理冲击地压的首要措施,对实施钻孔作业的防冲钻孔机器人钻具姿态准确测量是保障钻孔位置及卸压效果的前提。为此,本文提出了基于惯性传感组件和BP神经网络的防冲钻孔机器人钻具姿态解算方法,通过设计惯性传感组件的空间阵列式布局方式(空间阵列式IMU),建立了空间阵列式IMU的数据融合模型及位姿解算模型,实现了钻具姿态的高精度解算。在此基础上,提出了基于BP神经网络的惯性传感组件误差补偿方法,建立了钻具姿态解算误差补偿模型,并通过钻具模拟运动的解算分析对空间阵列式IMU解算和误差补偿方法的可行性进行了验证。最后,通过搭建的防冲钻孔机器人钻具姿态监测实验平台,对不同方法的钻具解算结果进行对比分析。实验结果表明,在BP神经网络模型进行误差补偿后,本文所提方法解算出的钻具姿态精度明显提高,钻具方位角、倾角和横滚角的平均误差分别为0.099°、0.079°和0.045°,有效抑制了惯性传感组件的漂移和误差积累,且钻具姿态解算误差曲线没有出现发散现象。因此,该方法可以持续稳定地对防冲钻孔机器人钻具姿态进行可靠监测,具有较高的推广应用价值。     

基于离散元的动载冲击地压巷道围岩稳定性分析

本文以陈家沟煤矿8514工作面为工程背景,针对目前动载作用下的巷道变形失稳等问题,借助离散元程序UDEC揭示动载作用下巷道围岩的响应特征,分析了不同距离动载对巷道稳定性的影响。数值模拟结果表明:底板变形破坏范围会因动载与巷道顶部距离减小而增加,两者呈正相关关系,但动载与巷道顶部距离对两帮和顶部变形破坏范围影响较小;动载作用下,巷道震动速度类似于正弦波的形式逐渐衰减并且存在峰值。文章研究结果旨在为动载作用下冲击地压巷道围岩稳定性分析提供相应的理论支撑。     

基于主客观赋权-物元可拓模型优选岩爆倾向性预测方法

为了提高岩爆倾向性预测模型的可靠性,确保评价指标赋权方法的合理性,建立了基于主客观组合赋权的物元可拓岩爆倾向性预测模型。将9标度层次分析法、3标度改进层次分析法、构造标度改进层次分析法三种主观赋权方法分别与变异系数法（客观赋权法）组合,结合物元可拓理论建立三个岩爆倾向性预测模型,将模型分别应用于国内八项实际工程并对模型选优。结果表明：3标度改进层次分析法与变异系数法的组合赋权-物元可拓模型岩爆倾向性预测结果与实际情况一致,该模型为本文最优模型。     

一维动静加载下组合煤岩动态破坏特性的试验分析

依据动载诱发冲击地压是动静组合加载下煤岩体结构失稳这一科学认识,采用改进的霍普金森杆,开展一维动静加载下组合煤岩动态破坏特性的试验研究.选取强度和碎片分维作为特征参数,采用4种典型轴压,进行不同应力波能量下的冲击试验.获得组合煤岩的动态强度和碎片分维随动静载荷的变化规律,从而揭示裂隙数目、煤岩结构特性及动静载荷对组合煤岩破坏失稳的影响.结果表明:组合煤岩试样的动态强度和碎片分维随应力波能量的增大而增大,随静载的增大呈现先增大后减小的趋势.含有裂隙越多的组合煤岩对高动载的抵抗能力越强,而破坏的剧烈程度越低,说明煤层卸压措施不但能增强煤岩体结构对高动载的抵抗能力,还能降低冲击发生的剧烈程度.煤岩体结构特性增强了煤层对动静载荷的抵抗能力以及煤层破坏的剧烈程度;同时结构特性削弱了高动载对煤层的作用效果,而加强了高静载的作用效果,其原因在于动、静载荷作用的时间尺度差异较大.     

采场回采前冲击危险性动态评估方法研究

大量的现场观测表明,掘进期间应力异常的地段,回采期间也是冲击地压高发区.因此,提出通过采用微震、地音和应力监测系统对掘进期间的震动和应力动态信息进行监测,从而划定冲击危险区和危险程度的动态评估方法.利用掘进期间揭露的静态地质资料完善勘探资料,对回采工作面冲击危险性进行静态评价,进而构建动态与静态联合评价的方法.该评价方法结合掘进期间的动静态信息,克服传统静态评价方法因评价资料不完善而导致的评价结果不够准确的局限性,为采场回采前冲击危险区的治理提供更加准确的依据,具有较好的应用价值.     

中国金矿深部开挖中的岩爆预报与控制

The studies of prediction and control ofrockburst are presented during deep excavation in a gold mine in China Firstly, the stress-relief method is used to obtain a vast amount of data about initial geostress. Secondly, 3D FEM analyses of large scale are performed to find out the law of geostress distribution at various excavation levels of the mining area. At the same time, as an equally important measure, six typical kinds of rock blocks are sampled for the experimental study of rockburst tendency. According to th esynthesized results of the theoretical and testing results, the methods of brittleness coefficient, brittle index and stress, and so on, are adopted. Finally, the evaluation on the possibility of rockbursts is given that may take place at the deep mining area and some effective measures are put forward to prevent and control the rockburst.     

矿震监测定位系统的研究及应用

为确定矿震发生的时间、地点、震级，结合煤矿实际情况，研制一套国内首台具有自主知识产权的矿区千米尺度破坏性矿震监测定位系统。该系统采用在矿区地面布置4个子台，子台由三分向加速度传感器组成，拾取振动波信号。为保证4个子台矿震数据的时间精度，采用GPS网络授时作为时间基准，通过对振动波的频率、振幅等特征分析，对矿震波进行自动识别，排除放炮等振动信号。各子台矿震信号通过网络传输到中心测控机，中心测控机对各子台进行远程控制管理，监控各子台的工作状态。中心测控机对数据进行处理和分析，计算矿震发生时刻，通过振动波持续时间计算矿震震级，采用3种方法计算矿震发生位置。该系统可为矿井迅速准确组织救灾、减少损失提供依据。同时，通过对每天矿震发生的时间、次数、位置、震级进行统计分析，可对未来的矿震发生趋势进行预测。系统的运行情况表明，监测结果与实际矿震较吻合，定位结果小于规定的误差上限。     

煤矿典型砂岩的单轴压缩试验研究

利用伴有声发射检测的RMT岩石力学试验系统、数值模拟等手段,研究煤矿采区内不同尺寸砂岩受力变形过程中的应力、应变、抗压强度等参数的变化规律及破坏形式,并在此基础上分析岩样的岩爆倾向性,为采区内巷道的开拓和煤矿岩石的安全采集提供一定的指导意义。