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变质量破碎岩体非线性渗流试验研究

煤矿安全 2014年第2期45卷 15-17,21页

作者：陈占清王路珍孔海陵姚邦华中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008 中国矿业大学力学与建筑工程学院江苏徐州221008 盐城工学院土木工程学院江苏盐城224051 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

为了更进一步研究陷落柱的突水机理,完善陷落柱突水的试验基础,通过自制的一套变质量破碎岩体渗流试验系统,对变质量破碎岩体非Darcy流渗透特性进行试验,并对破碎泥岩在渗流过程中质量流失量、孔隙度、渗透率、非Darcy流β因子及加速度... 详细信息

为了更进一步研究陷落柱的突水机理,完善陷落柱突水的试验基础,通过自制的一套变质量破碎岩体渗流试验系统,对变质量破碎岩体非Darcy流渗透特性进行试验,并对破碎泥岩在渗流过程中质量流失量、孔隙度、渗透率、非Darcy流β因子及加速度系数的时变规律进行了研究。研究表明:泥岩试样在渗流过程中渗流形式发生了巨大的变化。在渗流开始时,流失质量迅速增加,引起试样内部孔隙结构变化,孔隙度增加,试样的渗透性能增强,试样压得越密实,质量流失量越多,孔隙度变化越快,渗透性能越强。质量流失量与渗透性是相互影响的,由于试验中质量流失具有时变性特征,渗透性能也具有时变性。最后,陷落柱突水过程可以描述为,在其底部承压水压力作用下,大量细小颗粒随水流一起迁移流失,引起柱体内孔隙度变大,渗透性加强,导致渗流剧变,引发突水。

关键词：变质量破碎岩体渗透特性非线性渗流时变突水陷落柱

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高应力破碎岩体巷道中锚注支护的应用研究

化工矿物与加工 2016年第5期45卷 37-40+58页

作者：李利峰韩六平邓慧琳贵州工程应用技术学院

针对某矿山巷道大松动圈巷道水平应力较大、围岩破碎严重,以及原支护方式难以保证巷道安全可靠等一系列问题,在分析了巷道破坏机理及锚注支护机理后,采用锚注支护技术来取代原支护,以控制巷道围岩变形及保证其稳定可靠,支护完成后及时... 详细信息

针对某矿山巷道大松动圈巷道水平应力较大、围岩破碎严重,以及原支护方式难以保证巷道安全可靠等一系列问题,在分析了巷道破坏机理及锚注支护机理后,采用锚注支护技术来取代原支护,以控制巷道围岩变形及保证其稳定可靠,支护完成后及时设置变形监测站对巷道围岩表面位移进行监控量测,以掌握围岩变形规律和验证支护效果。

关键词：锚注支护大松动圈高应力破碎岩体变形监测

断层模式地热开采过程中破碎岩体THM耦合效应研究

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断层模式地热开采过程中破碎岩体THM耦合效应研究

作者：孔赛博中南大学

学位级别：硕士

断层模式地热开采过程中破碎岩体处于“温度-渗流-应力”三个物理场的耦合作用,破碎岩体的温度变化、渗流特性、应力状态等对断层模式地热开采效率、地热井稳定性与地热开采寿命等尤为重要。本研究通过理论建模、试验研究、数值模拟、... 详细信息

断层模式地热开采过程中破碎岩体处于“温度-渗流-应力”三个物理场的耦合作用,破碎岩体的温度变化、渗流特性、应力状态等对断层模式地热开采效率、地热井稳定性与地热开采寿命等尤为重要。本研究通过理论建模、试验研究、数值模拟、工程仿真的方式对破碎岩体THM耦合效应进行了研究,获得了其渗流特性的时空演化规律,揭示了THM耦合机理,为断层模式地热开采储层建造、钻井布置、生产评价等工作提供了理论依据。主要结论如下:(1)开展了破碎岩体在THM耦合作用下渗流特性的试验研究。针对性的研发了THM耦合三轴实验设备,开展了不同条件下破碎岩体THM耦合效应的试验研究,得到了破碎岩体在THM耦合作用下的渗流特性,包括快速变化阶段和平稳变化阶段,并分析了不同因素对破碎岩体在THM耦合作用下渗流特性的影响。(2)建立了破碎岩体THM耦合数学模型。该模型根据断层模式地热开采的特点,充分考虑热储层应力状态和温度分布,做出了简化热储层计算的基本假设,给出了破碎岩体的应力场、渗流场、温度场的控制方程,并根据应力场、渗流场、温度场的耦合关系给出了THM耦合模型控制方程组。(3)基于THM耦合数学模型开展了破碎岩体THM耦合效应的数值模拟研究,根据试验结果对所建立模型进行了验证,得到了破碎岩体在THM耦合作用下渗流特性的时空演化规律,为断层模式地热开采提供理论指导。(4)开展了羊八井断层模式地热开采的工程仿真。得到了不同方案下的地热开采效果,并对不同地热开采方案进行了生产评价,为合理的开采规划提供理论依据。图61幅,表9个,参考文献82篇

关键词：破碎岩体 THM耦合渗流特性时空演化生产评价

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自走铁矿破碎岩体巷道的支护研究与应用

自走铁矿破碎岩体巷道的支护研究与应用

作者：聂刚昆明理工大学

学位级别：硕士

随着矿业工程的日益发展,在巷道掘进过程中由于支护不当而造成的安全事故不断增加,虽然国内外学者对此付出了大量心血,但由于工程岩体的复杂性,目前仍然没有一种统一的理论可以很好的适用岩体的支护。本文以云南自走铁矿1530中段局部破... 详细信息

随着矿业工程的日益发展,在巷道掘进过程中由于支护不当而造成的安全事故不断增加,虽然国内外学者对此付出了大量心血,但由于工程岩体的复杂性,目前仍然没有一种统一的理论可以很好的适用岩体的支护。本文以云南自走铁矿1530中段局部破碎岩体,稳定性较差的岩体为主要研究对象,通过理论研究,现场调查,试验研究,数值模拟等多方面手段对云南自走铁矿1530中段岩体的支护方案进行研究,主要工作如下：(1)对云南自走铁矿1530中段岩体的完整性和结构面条件进行现场调查,统计数据。运用RMR岩体稳定性分级,我国工程岩体稳定性分级两种评价方法对云南自走铁矿1530中段岩体进行岩体稳定性分级,最终确定云南自走铁矿1530中段局部岩体为Ⅳ岩体,较坚硬岩,岩体较破碎-破碎。(2)通过对云南自走铁矿1530中段岩体进行现场取样,将岩样加工成试验试件,并对试验试件进行单轴压缩,劈裂,声发射试验,分析岩石在试验过程中的力学性能和声发射特性。最后得出1530中段石灰岩的平均单轴抗压强度为72MPa,平均抗拉强度为6MPa。石灰岩的声发射特性为累计AE数,AE累计振铃数,AE累计能量在加载初期出现快速增长,说明石灰岩内部,外部孔隙,裂隙较多较为破碎。累计AE数,AE累计振铃数,AE累计能量在加载后期出现高速增长,说明石灰岩发生塑性变形直至破坏。(3)根据确定的混凝土配合比,实验室浇筑,养护混凝土试块,并通过单轴压缩试验对1%,2%,两种不同比例的钢纤维在7d,14d,28d三个养护周期的单轴抗压强度与素混凝土7d,14d,28d三个养护周期的单轴抗压强度进行对比,从而分析加入不同比例的钢纤维在7d,14d,28d三个养护周期混凝土强度的变化规律。(4)云南自走铁矿1530中段局部较为破碎,稳定性较差部位采用超前小导管注浆支护,钢纤维喷射混凝土和锚杆联合支护,巷道施工作业方式采用三八作业制,一掘一支,巷道掘进后立即进行钢纤维喷射混凝土,树脂锚杆联合支护,巷道局部地压较大,变形较大部位采用拱形工字钢支架,立模板浇筑混凝土进行支护,此段巷道要及时,加强支护。巷道稳定性较好区域先采用单一临时钢纤维喷射混凝土支护,后采用永久钢纤维锚喷联合支护,二次支护,巷道作业方式采用三八作业制,两掘一支,一天掘进两个循环进尺,一般向前掘进4m,根据现场经验,在软岩支护中控顶距一般不超过40m,而自走铁矿1530中段石灰岩属于较坚硬岩,不属于软岩,所以控顶距我选择20m(即第二次永久支护距掘进断面之间的距离最大不能超过20m)也就是最晚在钢纤维喷射混凝土临时支护作业后的第5天就要进行第二次钢纤维喷射混凝土支护,并且在前段掘进过程中,观测后段围岩支护效果,如果后段钢纤维喷射混凝土支护效果不好,再缩短控顶距。由于此段巷道稳定性较好,所以要充分发挥围岩自身的稳定性,做到先柔后让。(5)运用MIDAS数值模拟软件对云南自走铁矿1530中段局部破碎,稳定性较差的岩巷进行掘进后数值模拟,支护后数值模拟,最终确定采用钢纤维锚喷支护,底板浇筑混凝土联合支护后巷道围岩顶板位移为0.006m,底板位移为0.007m,两帮位移为0.003m,巷道围岩变形控制在允许范围内,支护效果较好。

关键词：破碎岩体应力应变声发射支护钢纤维混凝土数值模拟

综采面断层带泥质破碎岩体渗流特性及注浆加固技术研究

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综采面断层带泥质破碎岩体渗流特性及注浆加固技术研究

作者：郭志文中国矿业大学

学位级别：硕士

基于贾家沟煤业10102工作面断层泥质破碎顶板的工程问题上,对泥质破碎岩体进行了提取与加工处理。通过对岩体的压实水渗流实验、浆液的扩散特性实验、浆液对岩体加固体的力学实验进行设计和实施,分析出了课题研究所需要的实验参数。利用... 详细信息

基于贾家沟煤业10102工作面断层泥质破碎顶板的工程问题上,对泥质破碎岩体进行了提取与加工处理。通过对岩体的压实水渗流实验、浆液的扩散特性实验、浆液对岩体加固体的力学实验进行设计和实施,分析出了课题研究所需要的实验参数。利用FLAC软件,建立了切眼巷道开挖的三维数值模型,对浆液加固前后断层顶板的下沉量做出了数值计算。最后结合工程实际问题,做出了注浆加固技术方案并进行了工程应用。主要取得以下成果:(1)通过对加工处理后的岩体材料进行重新组合,得到了所要用的实验材料。设计了压实水渗流实验,分析得出了岩体试件的渗透系数随着轴压的增加而降低,随着水压力的增加也有所降低。但是轴压的抑制作用明显较大。岩体本身的粒径颗粒越大,其渗透性越大。而岩体含泥量对其渗透性起到抑制性作用。(2)在实验室设计了三种不同浆液的注浆扩散特性实验。通过实验数据表明,化学类的浆液由于没有颗粒流的影响,其扩散能力远远高于两种水泥浆。同时对每一种浆液而言,注浆压力的增大会提高其扩散能力。而水泥浆由于颗粒的存在,导致了其扩散能力较弱,而水灰比为1:0.8的水泥浆扩散能力要稍大于水灰比为1:1的水泥浆。通过分析三种扩散理论,说明了浆液在该类岩体材料中的扩散符合渗透扩散作用。(3)在实验室设计了单轴抗压实验、立方体劈裂抗拉实验和抗剪实验。通过对比三种浆液加固体的力学强度参数,表明了环氧树脂化学类浆液加固体的力学强度远远高于两种水泥浆。说明了化学类注浆液能够更好地粘结岩石颗粒间的接触面与岩体物质内部分子间的相互吸引力。(4)通过FLAC软件建立了切眼巷道开挖三维数值模型。通过数值计算,得出了浆液加固前后顶板的下沉量。表明了环氧树脂类浆液能够更好地控制顶板下沉,而水泥浆液控制顶板下沉的能力有限。同时也得到了注浆工艺参数λ值对控制顶板下沉的影响。(5)最后结合贾家沟煤业10102工作面断层泥质破碎顶板的实际问题,设计了现场注浆加固的技术方案。通过结合实验及模拟计算的结论,建立了浆液材料、注浆工艺参数等的选择方案。通过构筑“人工假顶”、膨胀充填断层带冒顶空洞以及注浆加固破碎顶板区域,实践证明了所研究问题结果的准确性,也有效处理了一个工程问题。

关键词：破碎岩体注浆加固断层注浆材料渗透系数

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浅层破碎岩体高压帷幕灌浆技术研究

人民长江 2005年第2期36卷 14-15,36页

作者：高祖纯曲靖市水利电力勘测设计研究院云南曲靖655000

采用孔口封闭灌浆法进行高压帷幕灌浆时,对于浅层风化破碎岩体易产生多次劈裂而流失过多浆液造成浪费。为达到节约工程投资的目的,在富源县响水河水库除险加固高压帷幕灌浆试验研究课题中,对传统的孔口封闭灌浆工艺提出了改进措施,即增... 详细信息

采用孔口封闭灌浆法进行高压帷幕灌浆时,对于浅层风化破碎岩体易产生多次劈裂而流失过多浆液造成浪费。为达到节约工程投资的目的,在富源县响水河水库除险加固高压帷幕灌浆试验研究课题中,对传统的孔口封闭灌浆工艺提出了改进措施,即增加地表常规低压灌浆的段次、加长孔口管的镶铸长度,并针对传统工艺和改进工艺进行了对比试验研究,结果表明:改进工艺的水泥耗量及工程费用均显著降低,且有利于环境保护,取得了满意的效果,其成果可供同类工程借鉴。

关键词：帷幕灌浆工艺研究破碎岩体孔口封闭灌浆法

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地下铝土矿破碎岩体高效爆破技术研究

中国矿业 2019年第9期28卷 116-119,147页

作者：黄丹陈何赵瑶瑶王昌张英君北京矿冶科技集团有限公司北京100160 国家金属矿绿色开采国际联合研究中心北京102628 山西华兴铝业有限公司山西吕梁033000

山西省地下铝土矿为缓倾斜薄矿体,岩石坚硬但岩体破碎,直接黏土岩顶板受爆破冲击影响较大,导致掘进效率低、爆破进尺短,增加了顶板失稳的安全风险。本文通过未确知测度模型评价分析铝土矿可爆性等级为Ⅳ级,为爆破设计及直眼掏槽抛掷方... 详细信息

山西省地下铝土矿为缓倾斜薄矿体,岩石坚硬但岩体破碎,直接黏土岩顶板受爆破冲击影响较大,导致掘进效率低、爆破进尺短,增加了顶板失稳的安全风险。本文通过未确知测度模型评价分析铝土矿可爆性等级为Ⅳ级,为爆破设计及直眼掏槽抛掷方案提供支撑,提出中心双空孔超深滞后抛掷直眼掏槽和光面爆破技术,通过现场爆破试验,断面3m×2.5m、炮孔深度2.1m时,有效进尺>1.85m,单进尺长度提高约0.25m,炸药单耗由0.73kg/t降至0.6kg/t,单进尺炮孔数减少2个,爆破块度均匀,爆破后顶板平整。

关键词：铝土矿破碎岩体可爆性直眼掏槽光面爆破

狮子山铅锌矿破碎岩体中巷道支护结构及安全可靠性分析

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狮子山铅锌矿破碎岩体中巷道支护结构及安全可靠性分析

作者：杨程钟昆明理工大学

学位级别：硕士

现如今破碎岩体巷道的变形控制依旧是地下工程岩石力学研究的世界难题。而随着我国经济的高速发展,资源的开发也已经不断地向深部转移,使得深部巷道在高应力的作用下,特别是在那些地质活动较为强烈的地区,传统的浅部巷道支护结构就不在... 详细信息

现如今破碎岩体巷道的变形控制依旧是地下工程岩石力学研究的世界难题。而随着我国经济的高速发展,资源的开发也已经不断地向深部转移,使得深部巷道在高应力的作用下,特别是在那些地质活动较为强烈的地区,传统的浅部巷道支护结构就不在适用。而在深部矿山出现的一系列的问题,如巷道变形速度快、变形持续时间长、巷道支护维护困难等等的问题,因此对巷道支护结构的可靠性要求更高,如果巷道支护结构的可靠性不能得到保障,也就无法保证矿山的安全生产。本文主要是运用FMECA分析的方法,运用FMECA分析锚杆支护、喷射混凝土支护以及锚网喷支护的各个失效模式及其严酷度对系统的影响,同时分析各个失效模式的原因,为矿山实际的巷道支护做一个指导,使得矿山的巷道支护工作能够准确地抓住重点,以方便、经济的方式保证巷道的稳定,避免事故的发生。通过结构可靠度的计算得出,锚杆支护系统在狮子山并不适用,以及狮子山铅锌矿喷射混凝土支护系统的结构可靠度很低,必须加以改进才能适应矿山的生产。结合FMECA以及结构可靠度分析,对狮子山铅锌矿进行改进,为了保证生产以及安全的平衡,在狮子山铅锌矿喷射混凝土的基础上,加大锚杆密度以及布置钢筋网,即采用锚网喷联合支护系统。同时运用结构可靠度的方法,计算出对于狮子山铅锌矿锚网喷支护系统的可靠度要比锚杆支护的可靠度高。在钢筋混凝土结构下锚网喷支护系统,它提供的结构抗力要比锚杆支护提供的更加可靠,因此它更能应对地下矿山的地质条件变化。

关键词：破碎岩体锚杆支护锚网喷支护可靠性 FMECA 结构可靠性

宁国抽蓄电站雷公坞组凝灰岩破碎岩体成因机制及岸坡稳定性研究

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宁国抽蓄电站雷公坞组凝灰岩破碎岩体成因机制及岸坡稳定性研究

作者：闫天成都理工大学

学位级别：硕士

安徽宁国抽蓄电站上库中的震旦系雷公坞组（Z1l）凝灰岩岩体呈破碎状态,且破碎岩体分布广泛。区内破碎岩体的成因机制、破碎岩体边坡稳定性等一系列问题目前尚未研究透彻。在现有大量勘探基础上进行深入机理研究,对深刻揭示这类地质体... 详细信息

安徽宁国抽蓄电站上库中的震旦系雷公坞组（Z1l）凝灰岩岩体呈破碎状态,且破碎岩体分布广泛。区内破碎岩体的成因机制、破碎岩体边坡稳定性等一系列问题目前尚未研究透彻。在现有大量勘探基础上进行深入机理研究,对深刻揭示这类地质体变形破坏模式和岸坡稳定性具有重大工程实践价值和理论意义。本文在已有的勘探资料和成果的基础上,针对研究区内破碎岩体的分布范围、发育深度及变形破坏迹象等展开调查,查明区内破碎岩体发育特征及边坡结构特征;通过演化分析、力学计算及数值模拟建立地质力学概念模型,研究破碎岩体成因机制;在此基础上,通过宏观地质判断及数值模拟分析对库岸边坡的稳定性做出判断,具体成果如下:（1）现场地质调查对破碎岩体发育范围进行圈定,区内地层主要为震旦系雷公坞组（Z1l）含砾凝灰岩,岩体结构面较为发育。岩体受构造影响严重,加之后期的卸荷拉裂作用,岩体较为破碎。根据地表调查及平洞勘探成果,区内岩层倾向坡外,以中-陡倾角为主,局部倒转（反倾坡内）,主要分布于F2和f5断层之间。（2）岩体结构研究表明,区内岩层倾角及多组结构面交线倾角均大于坡角,属于稳定结构边坡。区内结构面的走向主要以NW向为主,NE向次之。结构面以陡倾角为主,中等倾角结构面次之,缓倾角结构面较少。结构面迹长和间距分布形式皆以对数正态分布为主,结构面隙宽基本符合负指数分布的特征。（3）通过区域地质及现场调查,区内NE向断层限制NW向和NNW断层的延续发展或NNW向断层切断NE向断层,推断NE向断层先形成,NW向和NNW向断层后形成。调查结果表明,在NW向主应力作用下,区内首先形成NE向的F1和F2压性断层,同时在F2断层北西侧形成NW向小断层和张性裂隙。由于F2断层南东侧地层岩性相对较软,在主应力作用下产生具有韧性变形的向斜,致使F2断层北西侧靠近向斜区域裂隙较少。（4）研究区F2、f5逆冲断层走向NE倾NW,f5断层规模较小,断层带附近的牵引构造表现不突出,F2为区域性大断层,断层附近牵引构造非常发育,上盘牵引褶皱尤其显著。因此,F2和f5断层之间强烈的构造牵引导致凝灰岩似层面发生倒转,后期的卸荷作用、重力变形进一步加剧NE向似层面、NNE向断层和裂隙拉张变形,与NW向张裂隙共同作用将区内岩体切割得较为破碎,最终形成破碎岩体区现今格局。（5）采用GEO-Studio中的SLOPE/W模块和离散元UDEC软件对库岸破碎岩体边坡进行了稳定性评价,结果表明在天然工况下边坡处于稳定状态;在暴雨工况下,边坡整体稳定性较好,但破碎岩体区局部浅层裂隙发生张开,且位移随裂隙张开有向深部发展变形增大的迹象,对边坡局部稳定性产生影响。

关键词：雷公坞组凝灰岩破碎岩体成因机制边坡稳定性