不同岩性与断面形状的深部硬岩隧洞板裂失稳试验

1

作者 李翔 苗森 杨博 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期108-119,共12页

为探究岩性与断面形状对深部硬岩隧洞板裂失稳特性的影响,开展板裂失稳室内真三轴试验。首先,选择以大理岩和花岗岩为主的2种硬岩试样以及高边墙城门洞形和曲墙拱形2种实际应用中的典型断面形状试样;然后,从板裂失稳形态、剥落岩板(片)... 为探究岩性与断面形状对深部硬岩隧洞板裂失稳特性的影响,开展板裂失稳室内真三轴试验。首先,选择以大理岩和花岗岩为主的2种硬岩试样以及高边墙城门洞形和曲墙拱形2种实际应用中的典型断面形状试样;然后,从板裂失稳形态、剥落岩板(片)特征及板裂特征应力3方面入手,对比分析不同岩性与断面形状影响下的不同破坏特征;最后,利用数值模拟探究围岩板裂裂纹发育扩展过程中相应的位移及应力分布特征,进一步揭示深部硬岩隧洞的板裂失稳特性。结果表明:试验过程中,对于板裂失稳形态,与花岗岩相比,大理岩试样岩板剥落及张开破坏现象更为显著;与高边墙城门洞形相比,曲墙拱形试样板裂破坏涉及的断面轮廓范围更小。对于剥落岩板(片)特征,不同岩性产生不同的剥落岩板形态;与高边墙城门洞形相比,曲墙拱形试样对应的近外层剥落岩板更趋细长。对于板裂特征应力,与大理岩相比,花岗岩试样在板裂开始时的应力门槛值更高,板裂失稳演化进程更快;与曲墙拱形相比,高边墙城门洞形试样从开始出现板裂直至发生明显板裂破坏的特征应力均更高。数值模拟中的位移较大区域集中在孔洞侧壁处,距离侧壁越远,位移相对越小;切向应力集中是导致板裂发生的主要原因。 展开更多

关键词 岩性 断面形状 深部硬岩隧洞 板裂失稳 真三轴试验

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深部硬岩钻探中孕镶金刚石钻头碎岩单元强化研究进展及建议

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作者 王英 李禹霄 +2 位作者 张凯 李富强 刘晓 《钻探工程》 2024年第5期1-11,共11页

随着深部矿产资源的勘探开发与利用的不断发展,孔底环境更加复杂,孕镶金刚石钻头作为地质钻探的专用工具,复杂的深部硬岩地质环境对孕镶金刚石钻头性能也提出更高的要求。孕镶金刚石钻头的碎岩效率及寿命与其碎岩单元性能息息相关,本文... 随着深部矿产资源的勘探开发与利用的不断发展,孔底环境更加复杂,孕镶金刚石钻头作为地质钻探的专用工具,复杂的深部硬岩地质环境对孕镶金刚石钻头性能也提出更高的要求。孕镶金刚石钻头的碎岩效率及寿命与其碎岩单元性能息息相关,本文对深部硬岩钻进中孕镶金刚石钻头的钻进磨损响应研究现状进行综述,目前研究还不够完善,仍需进一步开展微观深入分析,厘清响应机制。在此基础上,讨论了近年来碎岩单元的创新设计进展,重点从胎体内部结构强化及异形孕镶唇面结构等方面总结分析不同强化方式对切削单元强度、磨损量、钻进效率的影响,研究结果表明确实可以有效提高深部硬岩孕镶钻头的切削效率和工作寿命。从延寿增效的角度讨论了适用于深部硬岩钻进的孕镶金刚石钻头碎岩单元强化方向,为深部地质钻探用孕镶金刚石钻头的设计与制造提供参考。 展开更多

关键词 深部硬岩 孕镶金刚石钻头 碎岩单元强化 碎岩效率 使用寿命

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深部硬岩巷道围岩变形特征及其控制技术 被引量：7

3

作者 秦绍龙 赵兴东 +2 位作者 呼亚洲 欧阳效熙 张武 《金属矿山》 CAS 北大核心 2023年第12期9-13,共5页

为探究深部硬岩巷道在复杂地质条件下的变形特性,本文以纱岭金矿-1465 m深部主巷为工程背景,通过现场工程地质调查获取了围岩的结构面信息,并计算岩体中的优势节理组和RQD值,对其地质环境和岩体条件进行概述。采用振弦式微应变传感器对... 为探究深部硬岩巷道在复杂地质条件下的变形特性,本文以纱岭金矿-1465 m深部主巷为工程背景,通过现场工程地质调查获取了围岩的结构面信息,并计算岩体中的优势节理组和RQD值,对其地质环境和岩体条件进行概述。采用振弦式微应变传感器对调查点巷道的围岩进行监测,提取巷道顶板和两帮距离揭露面不同深度围岩随时间的变形数据,总结和分析深部硬岩巷道在高应力和复杂地质条件下围岩的变形特征。基于岩体条件和围岩变形规律提出该巷道宜采用“树脂锚杆+金属网+喷射混凝土”支护,并应用有限元数值模拟软件Phase 2对该支护方式进行有效性检验,结果表明,采用该支护方式可有效降低围岩的变形量。 展开更多

关键词 深部硬岩巷道 工程地质调查 微应变监测 围岩变形特性 数值模拟

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考虑矿物晶内结构特征的深部硬岩颗粒离散元模型与分析 被引量：2

4

作者 张乘菡 由爽 纪洪广 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期749-758,共10页

岩石材料的宏观力学性能受到其细观结构的控制作用,随着岩石多尺度力学研究的不断深入,具有颗粒可破碎特性的颗粒离散元模型逐渐成为该研究领域的有力工具。以往的研究较少考虑晶内网格形态与岩石矿物晶体结构的对应关系,关于晶内网格... 岩石材料的宏观力学性能受到其细观结构的控制作用,随着岩石多尺度力学研究的不断深入,具有颗粒可破碎特性的颗粒离散元模型逐渐成为该研究领域的有力工具。以往的研究较少考虑晶内网格形态与岩石矿物晶体结构的对应关系,关于晶内网格形态对颗粒模型计算结果影响规律的研究也相对缺乏,这不利于模型的进一步精细化构建以及对不同模型计算结果的对比分析。在已有研究的基础上,采用Neper插件结合通用离散元程序,并综合考虑矿物晶体的解理特性构建了6种晶内网格划分模式。基于单轴压缩模拟试验分析了不同划分方式对计算结果的影响作用。结果表明,所提出的晶内网格构建方式可以再现矿物颗粒的解理特征,为离散元模型的精细化构建提供了多种选择;晶内网格形态差异对抗压强度的影响最明显,而对泊松比和弹性模量的影响较小;宏观力学参数的稳定性受子颗粒形状和晶内路径方向均匀度的共同影响,其中子颗粒形状的影响更为显著;微裂纹的数量主要与子颗粒几何特征有关,多边形子颗粒相比于三角形子颗粒更易引发岩石破坏时微裂纹总体数量的增加;子颗粒圆形度的增加会减弱颗粒间的互锁作用,从而导致裂纹数量降低。因此,在使用岩石颗粒离散元模型时应充分考虑模型构建方法对于计算结果的影响作用,从而提高仿真计算的可靠度。 展开更多

关键词 深部硬岩 细观结构 离散元方法 颗粒模型 晶体解理 微裂纹

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深部硬岩巷道支护技术探析 被引量：1

5

作者 王志军 《煤》 2017年第4期69-70,共2页

随着我国经济的发展,对能源和矿产的消耗也在加大,浅层资源不断被开发利用,浅埋资源缺乏现象日益显著,因此深部资源的开采逐渐成为趋势。而深部开采环境中,温度、压力、井深都较高,与浅层开采有很大的区别。文章通过对巷道支护技术的介... 随着我国经济的发展,对能源和矿产的消耗也在加大,浅层资源不断被开发利用,浅埋资源缺乏现象日益显著,因此深部资源的开采逐渐成为趋势。而深部开采环境中,温度、压力、井深都较高,与浅层开采有很大的区别。文章通过对巷道支护技术的介绍,分析了现在巷道支护技术的现状,简要叙述了巷道支护技术在深部硬岩支护中应注意的问题。 展开更多

关键词 深部硬岩 巷道支护技术 应用

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基于锚杆预紧力的深部硬岩岩爆监测及防控研究 被引量：4

6

作者 张晓君 刘啸 何俊玲 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期3498-3506,共9页

针对深部硬岩岩爆监测及防控研究的不足,提出锚杆预紧力岩爆监测方法,研制锚杆预紧力监测系统,开展锚固体试样双轴压缩试验,分析锚杆预应力和垫板,确定岩爆防控的锚杆间距设计方法。结果表明,锚杆预紧力对硬岩微小变形具有很强的敏感性... 针对深部硬岩岩爆监测及防控研究的不足,提出锚杆预紧力岩爆监测方法,研制锚杆预紧力监测系统,开展锚固体试样双轴压缩试验,分析锚杆预应力和垫板,确定岩爆防控的锚杆间距设计方法。结果表明,锚杆预紧力对硬岩微小变形具有很强的敏感性,与岩爆变形损伤破裂演化进程具有很好的对应关系,可以通过监测锚杆预紧力来预测岩爆;与即时岩爆相比,时滞型岩爆表现为锚杆预紧力呈现多个明显的突增峰值;随着锚固围岩的深度增加,锚杆预应力不断衰减,影响范围不断增加;随着压力扩散角增加,锚杆预应力随深度衰减越快,影响范围增加越明显;定义了临界深度,给出了临界深度公式,基于临界深度得出了优化的锚杆垫板间距公式,提出了用于锚杆间距设计的锚杆预应(紧)力原理,得到了优化的锚杆垫板设计间距,该设计方法突出了对围岩浅部的控制,特别适用针对岩爆等围岩灾害的浅部防控设计;锚杆垫板与围岩表面接触情况影响锚固效果,应确保垫板与围岩表面充分接触,保证锚杆预紧力通过垫板向围岩表面及内部有效传递和产生作用;研究结果对预应力锚杆锚固机制、岩爆监测、预测预报及防控等具有很好的指导和借鉴意义。 展开更多

关键词 岩石力学 深部硬岩 锚杆预紧力 岩爆监测 垫板 流变 接触系数

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基于光纤光栅的深部硬岩隧洞三维扰动应力测试系统研制及工程应用 被引量：2

7

作者 李邵军 郑民总 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期261-274,共14页

扰动应力及其演化是深埋隧洞围岩稳定性及灾变的最重要因素,目前对硬质围岩三维扰动应力的研究局限于解析解和数值模拟,缺乏可靠的原位测试技术与装备。考虑深部硬岩隧洞工程复杂地质环境,系统分析扰动应力的测试原理和理论基础,研发基... 扰动应力及其演化是深埋隧洞围岩稳定性及灾变的最重要因素,目前对硬质围岩三维扰动应力的研究局限于解析解和数值模拟,缺乏可靠的原位测试技术与装备。考虑深部硬岩隧洞工程复杂地质环境,系统分析扰动应力的测试原理和理论基础,研发基于光纤光栅与空心包体的扰动应力综合传感技术,研制三维扰动应力单孔多点分布式原位测试系统;通过密封油压高精度标定设备,实现对空心包体单元光栅和传感器装置的整体精确标定,结合室内混凝土模型试验,验证了应力测试系统的准确性。以锦屏地下实验室二期隧洞工程为依托,开展扰动应力现场测试,首次原位测试获得深部硬岩隧洞开挖过程中不同深度的三维扰动应力变化,系统分析扰动应力大小、方向的演化特征、规律及其与施工活动的关系,并进一步验证光纤光栅空心包体应力测试系统的工程适用性和可靠性。研究成果为深部硬岩工程扰动应力测试和演化特性研究提供了科学方法和技术支撑。 展开更多

关键词 地下工程 深部硬岩 隧洞 三维扰动应力 光纤光栅 原位测试

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深部硬岩诱变改性降危增割非爆机械化采掘实践与展望

8

作者 王少锋 石鑫垒 +1 位作者 周子龙 李夕兵 《中南大学学报(自然科学版)》 2025年第3期979-997,共19页

以深部硬岩矿体为研究对象,针对矿岩特性智能感知与精准表征困难、深部硬岩矿体原位诱变改性机理不清、深部硬岩矿体机械化采掘理论与技术欠缺等三大关键技术难题,开展深部硬岩诱变改性降危增割非爆机械化采掘理论与技术研究,研究深部... 以深部硬岩矿体为研究对象,针对矿岩特性智能感知与精准表征困难、深部硬岩矿体原位诱变改性机理不清、深部硬岩矿体机械化采掘理论与技术欠缺等三大关键技术难题,开展深部硬岩诱变改性降危增割非爆机械化采掘理论与技术研究,研究深部矿岩力学特性原位智能感知、结构面智能识别与分级方法,揭示深部硬岩矿体原位诱变改性机理,建立深部硬岩矿体机械化破碎与智能调控技术体系,实现深部硬岩矿体力学与结构特性的智能感知、硬岩可切割性的原位诱变改性、硬岩矿体的机械化智能破碎,从而为深部硬岩矿体安全高效采掘提供理论基础和技术保障。此外,梳理了深部硬岩矿体非爆机械化采掘理论、技术及装备的发展方向,以便为深部硬岩采掘技术变革提供参考。 展开更多

关键词 金属矿开采 深部硬岩 诱变改性 降危增割 机械破岩

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基于微震多参数和PSO-CatBoost算法的硬岩岩爆短期预测

9

作者 孙露 黄麟淇 +3 位作者 侯成录 魏云峰 刘奕男 李夕兵 《黄金科学技术》 北大核心 2025年第1期127-138,共12页

为提高深部硬岩开挖过程中短期岩爆风险预测的准确性,提出了一种基于微震多参数和粒子群优化分类增强算法(CatBoost)的新模型。首先,以103组微震样本数据作为基础,通过分析各微震参数与岩爆等级之间的相关关系,进行评价指标的选取;其次... 为提高深部硬岩开挖过程中短期岩爆风险预测的准确性,提出了一种基于微震多参数和粒子群优化分类增强算法(CatBoost)的新模型。首先,以103组微震样本数据作为基础,通过分析各微震参数与岩爆等级之间的相关关系,进行评价指标的选取;其次,引入CatBoost集成学习算法,利用PSO对超参数寻优,构建PSO-CatBoost预测模型,并与其他模型进行对比,以验证其效果,最后,将该方法应用于几个硬岩岩爆工程中进行验证。研究结果表明:PSO-CatBoost模型预测准确率可达90%,与研究中使用的CatBoost、随机森林、XGBoost、BP神经网络和逻辑回归算法等模型相比,准确率分别提高了9%、4%、9%、19%和14%;工程应用表明,PSO-CatBoost模型预测结果与实际结果相吻合,与同类方法相比,其准确性和工程适用性更好。研究结果可为深部地下工程施工过程中的短期岩爆风险等级预测提供科学参考。 展开更多

关键词 深部硬岩 岩爆等级预测 微震 CatBoost 粒子群优化 机器学习

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结构面位置对于深部高应力采动硬岩巷道破坏的影响 被引量：14

10

作者 冯帆 赵兴东 +3 位作者 陈绍杰 李夕兵 李地元 黄万朋 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2588-2600,共13页

采用有限元/离散元耦合数值模拟技术分析不同结构面位置条件下深部采动硬岩巷道的裂纹扩展行为、能量演化规律与应力位移分布特征,揭示张拉板裂型破坏与结构面剪切型破坏之间的互动机制。研究结果表明:开挖卸荷产生的板裂化破坏与结构... 采用有限元/离散元耦合数值模拟技术分析不同结构面位置条件下深部采动硬岩巷道的裂纹扩展行为、能量演化规律与应力位移分布特征,揭示张拉板裂型破坏与结构面剪切型破坏之间的互动机制。研究结果表明:开挖卸荷产生的板裂化破坏与结构面活化引起的剪切滑移破坏是诱发岩爆的重要原因;结构面与开挖边界的相对距离对巷道围岩稳定性具有显著影响,其临界相对距离(当二者之间的相对距离大于等于某一临界值时,结构面对巷道围岩破坏不产生作用)随结构面长度的增加呈现单调递增趋势;在临界相对距离内,即使结构面之间不发生层间错动和滑移,结构面的存在也会潜在地影响巷道围岩稳定性,这表明以板裂化岩爆为主的破坏模式可以是开挖卸荷效应和结构面效应的综合响应。当最大主应力与结构面位于同一侧时,卸载后模型内动能未出现明显波动和起伏,此时巷道的破坏仅与开挖卸荷效应有关。 展开更多

关键词 深部硬岩 有限元/离散元 破坏模式 结构面位置 开挖卸荷 能量演化 岩爆

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深部硬岩截割特性及非爆机械化开采研究 被引量：1

11

作者 王少锋 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1080-1080,共1页

深部开采中常见的高地应力条件会影响硬岩矿体的可截割性。高应力条件、刀具作用参数、硬岩自身特性严重影响着非爆机械化开采在深部硬岩矿体中的应用。镐型截齿是非爆机械化开采装备中常见的破岩刀具。利用TRW-3000型岩石真三轴电液伺... 深部开采中常见的高地应力条件会影响硬岩矿体的可截割性。高应力条件、刀具作用参数、硬岩自身特性严重影响着非爆机械化开采在深部硬岩矿体中的应用。镐型截齿是非爆机械化开采装备中常见的破岩刀具。利用TRW-3000型岩石真三轴电液伺服诱变(扰动)试验系统研究了围压条件(双轴、单轴、无围压)、镐型截齿作用参数(不同截齿加载速率、静态或动静组合载荷类型、单截齿或者具有不同布局间隔的双截齿)以及岩石中的人为诱导缺陷(预切槽、加卸荷诱导损伤、预钻孔)等因素对硬岩可截割性指标(破岩峰值载荷、凿入深度、扰动持时)、岩样破坏模式、破碎岩石块度等镐型截齿破岩特性的影响。试验结果表明:双轴、单轴、无围压条件下,岩石的可截割性依次逐渐增大;双轴围压下,即使施加很高的破岩载荷或者很长的扰动持时也只能使岩样发生表面剥落破坏,截割难度最大;单轴围压下,随着围压增大,岩石的可截割性先降低后升高,破坏模式依次表现为完全劈裂、部分劈裂和岩爆,相应地,破碎岩石块度逐渐降低;高单轴围压下,截齿破岩扰动易诱发岩爆,其发生过程包括截齿凿入引起的初始板裂、由高单轴围压驱动伴随大量岩块弹射的强烈岩爆以及最终的剪切破坏3个步骤,并且截齿诱发岩爆的易发性与岩样材料的强度、脆性、完整性等因素有关。因此,在单轴围压下存在2个关键的围压值,一个是低于该围压值岩样的可截割性会逐渐升高,而另一个是高于此围压值截齿破岩的安全性则会显著降低。在较低或者无围压条件下,镐型截齿破岩能够将岩样安全、高效地完全劈裂,具有最优的破岩效果。动静组合破岩时,增加预静载水平或者增大扰动载荷幅值都能增大镐型截齿破岩效率。岩体中的预切槽、开挖诱发的岩石损伤、预钻孔等人为诱导缺陷,能够改变临空面矿岩体的应力环境并降低受限应力大小,从而能够提高矿岩体的可截割性。此外,多截齿破岩时存在最优的截齿间距以确保同时产生截齿周围的翼形破裂和截齿间的贯通破裂,形成多截齿耦合强化效应,从而提高破岩效率。在开采实践方面,通过开挖深部诱导工程,增加矿体的临空面数量,将双轴受限应力环境改变为单轴,同时伴随松动区的形成受限应力大幅降低,可有效提高硬岩矿体的非爆机械化开采适用性。在试验采场,通过高清钻孔电视监测诱导工程围岩的松动区分布情况,测得半岛型矿柱的松动区厚度为1.84~2.54 m,呈"U"型分布。针对松动区矿体,试验了悬臂式掘进机、挖掘机载铣挖头、挖掘机载高频冲击头和铲运机载高频冲击头4种机械破岩方法。结果表明:基于多截齿旋转切割破岩的悬臂式掘进机采矿平均工效107.7t/h,采矿过程连续性强,具有最高的采矿效率和机械稳定性。基于非爆机械化开采实践,提出了一种预切槽硬岩矿体旋转振动连续截割设备及其施工工艺。 展开更多

关键词 采矿工程 深部硬岩 截齿破岩 可截割性 动静组合破岩 非爆机械化开采

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深部破碎硬岩采动压力分布规律与控制方法研究

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作者 付煜 任凤玉 +2 位作者 何荣兴 宫国慧 马东 《金属矿山》 CAS 北大核心 2018年第12期39-44,共6页

为研究深部破碎硬岩采动压力分布规律,以弓长岭井下铁矿为工程背景,采用收敛监测的方法,对3个不同采深的采场进行采动压力监测。监测结果表明:弓长岭井下铁矿采动压力变化呈波动趋势,最大采动压力出现在采空区边界8 m左右的位置;采动压... 为研究深部破碎硬岩采动压力分布规律,以弓长岭井下铁矿为工程背景,采用收敛监测的方法,对3个不同采深的采场进行采动压力监测。监测结果表明:弓长岭井下铁矿采动压力变化呈波动趋势,最大采动压力出现在采空区边界8 m左右的位置;采动压力的峰值在空区边界上盘方向3 m到下盘方向10 m左右的范围内;沿矿体走向方向,采动压力的影响范围超过11.5 m,距回采工作面8.5～11.5 m范围内存在较大采动压力;采空区旁侧采动压力辅助监测得到采动压力峰值距采空区边界6.2～9.3 m的范围内,验证了最大采动压力出现在采空区边界8 m左右的结果。在此基础上,提出了锚网喷浆联合支护方案,预计该方案能够很好地解决弓长岭井下铁矿深部矿岩采动压力显现问题,达到预期的支护效果。 展开更多

关键词 深部破碎硬岩 采动压力 收敛监测 峰值范围 影响范围 锚网喷浆联合支护

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深部直墙拱形隧洞围岩板裂破坏的模拟试验研究 被引量：25

13

作者 宫凤强 罗勇 刘冬桥 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1091-1100,共10页

为了解深部直墙拱形隧洞板裂破坏的发生过程和机制,采用TRW-3000真三轴试验系统对含直墙拱形孔洞的红砂岩立方体试样(100 mm×100 mm×100 mm)进行了真三轴试验,模拟了深度500 m初始地应力环境下直墙拱形隧洞板裂破坏过程,并利... 为了解深部直墙拱形隧洞板裂破坏的发生过程和机制,采用TRW-3000真三轴试验系统对含直墙拱形孔洞的红砂岩立方体试样(100 mm×100 mm×100 mm)进行了真三轴试验,模拟了深度500 m初始地应力环境下直墙拱形隧洞板裂破坏过程,并利用岩样内部破坏视频监控系统对试验过程进行实时记录和监测。试验完成后,对试验过程中孔洞侧壁破坏过程、破坏特征进行了分析,并与同等深度的圆形孔洞洞壁破坏进行了对比。结果表明:在竖直应力为最大主应力和水平径向应力为最小主应力的条件下,直墙拱形孔洞破坏主要发生在两侧拱脚和拱腰之间,靠近自由面的围岩破裂为近似平行于最大主应力的板状薄岩片,呈典型的张拉板裂破裂特征;随最大主应力的增加,板裂破坏逐渐向孔洞水平径向发展,板裂岩片呈现中间厚、两翼薄的弧形特征,最终形成对称的V型槽破坏区,并具有明显的时间效应。与圆形孔洞的动力破坏特征相比,直墙拱形孔洞主要偏于静力破坏,且初始破坏所需应力水平高,孔洞侧壁在高应力环境中破坏更严重。 展开更多

关键词 深部硬岩 直墙拱形隧洞 板裂 岩爆 真三轴试验 张拉破坏

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深部花岗岩钻孔卸荷三维数值模拟 被引量：9

14

作者 张强 孙国庆 +1 位作者 索江伟 王海舰 《应用力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第5期988-994,共7页

为了解决深部岩体掘进效率低、能耗大的问题,提出一种三维模拟的方法对深部岩石钻孔分析。采用ABAQUS软件建立动力学模型,结合切片法针对钻孔卸荷形成应力集中区域沿深度分布规律模拟分析;分析深部高应力花岗岩钻孔卸荷后形成的应力集... 为了解决深部岩体掘进效率低、能耗大的问题,提出一种三维模拟的方法对深部岩石钻孔分析。采用ABAQUS软件建立动力学模型,结合切片法针对钻孔卸荷形成应力集中区域沿深度分布规律模拟分析;分析深部高应力花岗岩钻孔卸荷后形成的应力集中区沿深度变化的规律,研究在不同地应力的环境下不同钻孔深度及直径条件下应力的变化规律。结果表明:在50MPa地应力下钻孔直径为80mm和钻孔深度为120cm时,形成的应力集中区最大,成孔后岩体内部最大应力最小,卸荷效果显著。对于不同地应力的最佳钻孔卸荷参数不同,但都达到明显卸荷效果。研究结果为深部硬岩破岩机理和提高破岩效率提供了方法和理论依据。 展开更多

关键词 深部硬岩 ABAQUS 切片法 应力集中区 钻孔深度 钻孔直径 地应力

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爆炸荷载下深地下硬岩的动力模型及其数值分析 被引量：3

15

作者 解东升 宋春明 +2 位作者 王明洋 曹向明 甄树新 《解放军理工大学学报（自然科学版）》 EI 北大核心 2012年第3期305-310,共6页

为了提高深地下硬岩爆炸近区岩体动力行为预测的可靠性和准确性,引入改进的C.C.Grigorian模型,详细推导了本构方程的积分。基于LS-DYNA9703D二次开发平台拟制用户子程序,计算了岩体耦合装药时高围压条件下球状药包中心起爆时爆炸近区的... 为了提高深地下硬岩爆炸近区岩体动力行为预测的可靠性和准确性,引入改进的C.C.Grigorian模型,详细推导了本构方程的积分。基于LS-DYNA9703D二次开发平台拟制用户子程序,计算了岩体耦合装药时高围压条件下球状药包中心起爆时爆炸近区的岩体动力响应。研究了不同围压时空腔壁上质点永久位移规律,揭示了围压、岩体抗压强度与空腔半径变化之间的关系,并与类似试验结果及弹性模型、弹塑性模型的计算结果进行了对比分析。结果表明,改进的C.C.Grigorian模型的计算结果与实验符合较好,适用于高围压水平下的爆炸近区计算;爆炸空腔膨胀受围压约束显著,相对空腔半径和围压与岩体强度之比近似成线性关系。 展开更多

关键词 深部硬岩 动力模型 爆炸近区 用户子程序

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不同三维应力条件下硬岩巷道围岩的破坏特征及能量分布 被引量：3

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作者 陶明 赵瑞 +3 位作者 赵华涛 王一清 曹文卓 王少锋 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第11期3487-3502,共16页

为了研究开挖巷道围岩在不同三维应力条件下的破坏特征,采用TRW3000岩石真三轴电液伺服试验系统对含圆孔花岗岩试件进行三轴加载试验,并利用微型高清摄像系统实时记录圆孔附近的失效过程。结果表明,低应力条件下,圆孔内壁主要发生层裂破... 为了研究开挖巷道围岩在不同三维应力条件下的破坏特征,采用TRW3000岩石真三轴电液伺服试验系统对含圆孔花岗岩试件进行三轴加载试验,并利用微型高清摄像系统实时记录圆孔附近的失效过程。结果表明,低应力条件下,圆孔内壁主要发生层裂破坏;高应力条件下,圆孔周边主要发生岩爆破坏。增加水平方向的应力可以抑制围岩发生岩爆。进一步数值模拟不同应力条件下圆孔周边的应变能密度(SED)演化过程。模拟结果表明,随着水平应力的增加,圆孔周边的SED分布逐渐减小;圆孔周边SED分布与实验记录的损伤分布基本一致,主要表现为蝶形、耳形和环形分布。 展开更多

关键词 深部硬岩巷道 真三轴试验 水平应力差 破坏特征 能量分布

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深部坚硬矿体高频破碎锤非爆机械化开采试验 被引量：2

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作者 姚金蕊 李夕兵 +5 位作者 孙立成 王梅 姚华 王清平 黎文斐 王少锋 《金属矿山》 CAS 北大核心 2021年第7期27-33,共7页

随着深部硬岩矿山开采深度不断增加,钻爆法逐渐无法满足矿山开采要求。国内外提出了机械切割的破岩方式应对深部开采所带来的挑战,并在煤矿开采和隧道开挖等领域得到广泛应用。为探究非爆机械化开采在深部硬岩矿山中的应用,通过挖掘机... 随着深部硬岩矿山开采深度不断增加,钻爆法逐渐无法满足矿山开采要求。国内外提出了机械切割的破岩方式应对深部开采所带来的挑战,并在煤矿开采和隧道开挖等领域得到广泛应用。为探究非爆机械化开采在深部硬岩矿山中的应用,通过挖掘机载高频破碎锤开挖深部坚硬矿体进行机械开采试验。试验期间,通过数字钻孔电视监测试验区域松动区范围,并记录每日开采时间、破碎锤和挖掘机状态、矿柱形貌、采矿量、剥落矿石块度、粉尘情况、顶板情况以及破碎锤尖部抖齿磨损情况,通过上述参数分析机械开采在深部硬岩矿山中的应用效果。试验结果表明:试验矿柱的松动区平均厚度达2.59 m,在该范围内开挖矿柱效率较高;试验中,整体切割工效可以达到50.6 t/h,切槽后开挖矿柱的切割工效可以达到158.2 t/h,证明了非爆机械化开采在深部硬岩矿山中应用的可行性;此外,机械开采还具有工时利用率高、剥落矿石块度小、粉尘少、开挖扰动小等优点。 展开更多

关键词 深部开采 非爆机械化开采 深部硬岩矿山 高频破碎锤 松动区 切割工效 开采效率

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电磁阀控制井下增压器输出特性

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作者 何宇航 廖华林 +3 位作者 王敏生 王华健 牛继磊 魏俊 《中国石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期194-200,共7页

超高压水射流井底岩石切槽应力卸载方法是提高破岩效率的有效手段,然而现有井下增压装置为被动增压,超高压脉冲射流输出持续时间短且难以实现输出频率可控可调,导致切槽效率低。设计一种新型电磁阀控制井下增压器,通过室内实验和数值模... 超高压水射流井底岩石切槽应力卸载方法是提高破岩效率的有效手段,然而现有井下增压装置为被动增压,超高压脉冲射流输出持续时间短且难以实现输出频率可控可调,导致切槽效率低。设计一种新型电磁阀控制井下增压器,通过室内实验和数值模拟相结合的方式分析其增压性能和输出特性。结果表明:增压装置的输出特性为高压射流和低压射流组合而成的混合脉冲射流,输出波形近似方波且输出频率可调;输出特性受输入压力与结构参数的影响较大,输入压力和活塞面积比增大,使得峰值压力升高而增大了射流切槽能力,活塞行程增大延长了超高压水射流的持续时间,提高了水射流切槽效率。 展开更多

关键词 深部硬岩 高压水射流切槽 井下增压装置 射流特性 可控可调

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非爆破岩理论和技术发展与展望 被引量：22

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作者 王少锋 孙立成 +2 位作者 周子龙 吴毓萌 石鑫垒 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期3883-3912,共30页

地下资源开采及地下空间开发利用规模不断加大,促使非爆破岩技术得到了长足发展,并衍生出机械刀具破岩、水力破岩、微波破岩、热冲击破岩、膨胀破岩、联合破岩等技术。本文阐述了各类非爆破岩理论,并综述了各类非爆破岩技术的发展与应... 地下资源开采及地下空间开发利用规模不断加大,促使非爆破岩技术得到了长足发展,并衍生出机械刀具破岩、水力破岩、微波破岩、热冲击破岩、膨胀破岩、联合破岩等技术。本文阐述了各类非爆破岩理论,并综述了各类非爆破岩技术的发展与应用进程。针对目前非爆破岩技术的发展瓶颈和面临的挑战,展望了非爆破岩理论与技术的发展方向。为满足深地战略重大需求,非爆破岩亟需完成理论突破、技术变革、设备升级,以实现复杂地质环境下坚硬岩石的安全、高效、经济、智能及绿色破碎。 展开更多

关键词 非爆破岩 深部硬岩 机械刀具破岩 水力破岩 微波破岩 热冲击破岩 联合破岩

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大埋深高地应力关山隧道围岩变形破坏分析 被引量：18

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作者 梁宁 伍法权 +1 位作者 王云峰 包含 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第S2期329-336,共8页

甘肃省关山隧道是一条受高地应力影响的大埋深硬脆性闪长岩铁路隧道,位于青藏高原东北缘,构造活跃,运动速率较大,且方向变化显著的六盘山挤压隆升构造区。在隧道开挖过程中围岩变形破坏现象明显,围岩等级低于前期岩体质量分级,表现出强... 甘肃省关山隧道是一条受高地应力影响的大埋深硬脆性闪长岩铁路隧道,位于青藏高原东北缘,构造活跃,运动速率较大,且方向变化显著的六盘山挤压隆升构造区。在隧道开挖过程中围岩变形破坏现象明显,围岩等级低于前期岩体质量分级,表现出强烈的岩体质量劣化和各向异性。针对该问题,除了采用矿物成分和微结构分析寻找原因,还通过现场结构面统计分析对围岩质量劣化和各向异性进行描述,同时运用自行研发的钻孔电视进一步分析开挖前后一定时间间隔内围岩的渐进式变形和破坏。钻孔电视试验结果表明,尽管闪长岩作为一种硬脆性岩体,单轴抗压强度(UCS)高于现场地应力值,但其变形和破坏却普遍发生,开挖过程中新生裂隙迅速发育,原先在高地应力下闭合的裂隙也会重新张开和发展,围岩劣化,稳定性降低。为了进一步分析围岩的变形破坏过程,设计了变压力大小和方向的单轴抗压试验,试验中闪长岩的单轴压力值低于单轴抗压强度,试验结果与钻孔电视试验观测结果吻合,证明了在开挖引起的地应力剧烈变化条件下硬脆性闪长岩结构劣化,存在变形破坏的可能性。在大埋深高地应力条件下,除了岩体的各向异性,地应力的变化也是硬脆性围岩稳定性的重要考量因素。 展开更多

关键词 深部硬脆岩体 变形破坏 高地应力 闪长岩

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