数字钻孔摄像在周集铁矿深部普查中的应用

在安徽霍邱周集铁矿深部普查项目中,采用了数字钻孔摄像技术,并获得了大量铁矿区地质资料。数字钻孔摄像技术形成的钻孔围岩三维立体摄像图像清晰可辨,能够直观识别出铁矿典型区域孔壁,通过优化算法精确计算出结构面产状和隙宽,并划分出优势结构面,确定出结构面的变化规律,与实际岩芯对比基本一致,获取的钻孔信息资料可靠、直观,为深部普查提供了重要参数依据。从中可以得出的结论为:1数字钻孔摄像系统在铁矿深部普查中能够发挥重要作用;2数字钻孔摄像系统能够准确有效地勘测出铁矿钻孔内地质特征;3数字钻孔摄像系统能够划分出优势结构面和确定结构面的变化规律。     

新城金矿主成矿期构造应力场对矿体倾伏、侧伏、富矿柱的控制及成矿深度的估算

成矿构造应力场研究是控矿构造研究、认识矿体空间展布形态、位置、预测及布置探矿设计的基础。依据弹性力学和莫尔库仑剪切破裂理论,推导出形成共轭及在剪切构造带内形成羽列、雁列等构造应力场的产状和形成羽列、雁列主应力大小的数学解析表达式,进而应用计算机对新城金矿床主矿体进行了测算。结果显示：该矿主容矿构造是在NNW向缓倾拉张主应力、NE向陡倾主压应力、焦家构造带平面呈右行扭动下形成的。NWW向中间主应力控制新城Ⅰ号主矿体在NW向倾斜平面上延深的长轴方向。该轴在水平面上投影的倾伏向为281°,与水平面的夹角倾伏角为26°,在N40°E纵投影面上向SW侧伏,侧伏角为45°,富矿柱产状亦与中间主应力轴产状一致。在已获取容矿构造产状基础上,据相关岩石力学性质测试成果,分析并建立了主容矿羽列与控制剪切构造带两者的力学关系和剪切破裂方程式。联立解出成矿应力场的最大和最小主应力的量值,再由陡倾主应力大小估算出该矿头部的成矿深度在2 750 m左右。     

新城金矿主成矿期构造应力场对矿体倾伏、侧伏、富矿柱的控制及成矿深度的估算

成矿构造应力场研究是控矿构造研究、认识矿体空间展布形态、位置、预测及布置探矿设计的基础。依据弹性力学和莫尔库仑剪切破裂理论,推导出形成共轭及在剪切构造带内形成羽列、雁列等构造应力场的产状和形成羽列、雁列主应力大小的数学解析表达式,进而应用计算机对新城金矿床主矿体进行了测算。结果显示：该矿主容矿构造是在NNW向缓倾拉张主应力、NE向陡倾主压应力、焦家构造带平面呈右行扭动下形成的。NWW向中间主应力控制新城Ⅰ号主矿体在NW向倾斜平面上延深的长轴方向。该轴在水平面上投影的倾伏向为281°,与水平面的夹角倾伏角为26°,在N40°E纵投影面上向SW侧伏,侧伏角为45°,富矿柱产状亦与中间主应力轴产状一致。在已获取容矿构造产状基础上,据相关岩石力学性质测试成果,分析并建立了主容矿羽列与控制剪切构造带两者的力学关系和剪切破裂方程式。联立解出成矿应力场的最大和最小主应力的量值,再由陡倾主应力大小估算出该矿头部的成矿深度在2 750 m左右。     

枞树板脉状铅锌(银)矿床断裂控矿特征及富矿体产出规律

通过对湖南郴县枞树板脉状铅锌（银）矿床控矿（含矿）断裂构造的详细研究,认为控矿断裂构造内部具有弧形断层面及其所夹持的构造透镜体组成结构形式;控矿断裂的形态、产状、规模和分布控制矿化带及矿体的形态、产状、规模和分布;控矿断裂的结构形式和力学性质影响并控制矿化形式和矿化富集程度;富矿体产在控矿断裂内部弧形断面较为发育且又较破碎的部位;富矿体单体产出特征是呈不等轴透镜体状,长轴向南西侧状,侧伏角５５°～６０°,长（斜高）与宽之比近于２∶１,富矿体组合规律是斜列状,自北东向南西逐个降低出露标高,轴线向南西侧伏,侧伏角１５°～２０°     

岩芯定向技术问题

采用岩芯定向技术,可以确定地下岩层(结构面)的产状.介绍了岩芯定向技术的工序,包括打定向标记、测量定向标记和孔斜、钻取岩芯和求解地下岩层的产状工序.提出了求解地下岩层产状的立体几何方法,依据测量孔段的顶角、方位角、刻痕方位角、层面椭圆长轴方向面与钻孔轴线方向面的夹角--层面椭圆长轴终点角、层面椭圆长轴与钻孔轴线的夹角,便可求解地下岩层产状.阐述了该方法的原理和应用过程,这种求解岩层产状的方法计算原理.立体几何法与复位测量法进行了比较,二者结果比较接近.     

秦岭造山带中段马蹄沟金矿床伸展剪切构造系统及其控矿作用

马蹄沟金矿床位于陕西省宝鸡市南部秦岭造山带中段的商丹断裂带(华北板块与扬子板块碰撞缝合带)西段南缘,在矿集区划分上属于凤太矿集区北部。金矿区发育一套由面理构造、a-型线理、a-型褶皱和配套张扭性裂隙组成的伸展剪切构造系统。面理构造产状平缓,走向NWW,倾向NNE,倾角以20°~30°为主;a-型线理产状总体倾伏向为NEE,部分向E倾伏,倾伏角比较平缓,以5°~20°为主,个别达30°~50°;a-型褶皱构造往往轴面产状比较平缓或近水平,枢纽与a-型线理一致;张扭性裂隙构造单体呈约350°走向,倾向E,倾角50°~70°,组合形式平面上为右列式、剖面上为前列式。金矿床宏观上受发育于早古生代罗汉寺岩组浅变质碎屑岩中的韧脆性剪切伸展构造系统控制,金矿体沿该韧脆性变形带中的各个方向微裂隙发育,形成宽度0.5~2 mm的微细含硫化物含金石英网脉,这些微裂隙包括平行面理、小角度(10°~15°)斜交面理、中角度(25°~30°)斜交面理,对应于剪切带的P、D、R型含矿裂隙;最特色的是发育一组产状350°/NE50°~70°、大角度(50°~60°)斜交面理的较粗大含硫化物富金石英脉,其对应于剪切带的T型含矿裂隙。商丹断裂带西段地区金成矿作用与区域构造演化密切相关,秦岭造山带勉县‒略阳地区陆陆碰撞在早‒中三叠世已经完成,晚三叠世早期存在伸展构造形成的构造背景。区域上的进一步找矿方向是发育伸展剪切构造系统的地区。     

内蒙古狼山地区南北向断裂构造应力场特征及其与区域构造演化关系

内蒙古狼山地区断裂构造十分复杂,主要发育有南北、东西、北东和北西走向的断裂构造.从南北向断裂的几何形态、运动性质、构造应力场特征入手进行研究,结合野外实地调查与测量,运用极射赤平投影方法,求出构造应力场的主应力轴方位,进而对本区的构造演化进行了探讨.初步认为,研究区发育的近南北向断裂至少受到过两期构造应力场的作用,第一期是在晚二叠世,由于华北克拉通向北、西伯利亚板块向南活动而形成碰撞拼贴运动所产生的近南北向近水平挤压构造应力场,此时构造应力场的主应力轴σ₁为北偏东10°左右,向北倾伏,倾伏角为15°~20°.在这一期构造应力场的作用下,狼山地区发育了一套破裂系统,它们分别表现为近东西走向的挤压构造带和逆断层、近北东走向的以左行为主的走滑断层、近北西走向的以右行为主的走滑断层以及近南北走向的张性断层.这些早期的断裂系统也制约着该区域后来的构造活动,第二期构造应力场是侏罗纪以来古太平洋板块向亚洲大陆俯冲而产生的.此构造应力场的主应力轴σ₁为北西-南东向,倾伏向为150°左右,倾伏角为10°~20°.第二期构造应力场的作用,使早期南北向断裂由原来的张性破裂面转为左行走滑,早期东西向断裂转为右行走滑,早期北东向左行滑动面转为压性面和褶皱轴方向,而早期的北西向破裂面则转为张性破裂性质.      

钻探方法确定岩体结构面产状

在许多地下工程中,均需确定岩体结构面产状。文章阐述了确定岩体结构面产状的两类方法及其主要特点。岩芯定向方法需专门的仪器设备,成本较高,工序多;钻探直接计算方法,属常规方法钻探,故成本低,但需要3个钻孔测斜资料。文章提出了采用立体解析几何法,依据3点钻孔测斜资料、岩芯层面角,确定岩体结构面产状的方法。该方法分为两种情况:①3点测斜资料——钻孔顶角和方位角不完全相同情况下,3点测斜资料取自1孔、2孔或3个钻孔均可以,可以采用2个向量的数量积方法确定岩石结构面产状;①来自3孔的3点测斜资料——钻孔顶角和方位角完全相同情况下,可以采用两个向量的向量积方法确定岩石结构面产状。该方法准确,简单、成本低、适用性强。进一步完善并发展了以往确定岩石结构面产状的方法。此方法得到了很好的验证。     

通过空间一平面内三点坐标计算该面产状

已知空间一平面内三点坐标求该面状状 ,最简单、最常用的方法是教科书中讲述的图解法。若坐标数据较多 ,图解法既费时费力 ,又不精确。笔者采用下述计算法 :首先 ,最高点与中间点、最高点与最低点的连线相当于平面内的两条倾伏线。倾伏线的倾伏向、倾伏角较容易计算出来。此时 ,若再使用图解法 ,通过极等角赤平投影 ,使两点位于同一大圆弧上 ,读出大圆弧的产状即所求平面的产状。若继续采用计算法 ,可假设平面的产状为未知 ;平面内两倾伏线相当于两视倾向线 ,于是 ,通过真视倾角换算方式 ,得出一方程组 ,解此方程组即可求得平面产状。若同一…     

基于误差理论的产状测量精度评定

以边坡为研究对象,针对基于罗盘、免棱镜全站仪、激光测距仪、三维激光扫描仪和数字摄影测量工作站的5种产状测量方法,采用误差理论进行产状测量精度评定。研究表明,罗盘产状测量的倾向、倾角中误差分别为±4°和±3°,其精度评定既可以提高对罗盘产状测量精度的认识,也可为其他4种非接触类产状测量方法的精度评定提供验算数据。利用罗盘只能进行高陡边坡下部结构面的产状测量,测量范围有限且高耗低效;非接触类产状测量方法则可以解决人员难以到达的高陡边坡上部结构面的产状测量问题。其中,三维激光扫描和数字近景摄影测量方法可以获取边坡岩体大量随机结构面上的产状信息,为基于随机动力学的边坡稳定性评价提供重要的基础数据。     

利用孔斜成像技术解译结晶岩体裂隙发育几何特征

钻孔电视成像技术由于其高精度数字记录成像的特点,克服了工程钻探过程中岩芯不连续、裂隙几何要素信息丢失等问题,在国内外工程勘察中得到了广泛的应用。但目前钻孔成像解译大都以竖直孔为主,倾斜孔成像解译应用较少。结合某地区地下水封洞库项目中的斜孔电视成像工作,介绍了斜孔成像裂隙的解译方法,通过空间坐标转换将结构面的视产状转换成真产状,并在此基础上针对该地区地下水幕系统和洞室所在位置深度范围内的裂隙发育情况分三部分对深部花岗岩结晶岩体裂隙几何要素进行了统计分析,揭示了相应的裂隙发育产状变化特征和垂向变化特征,结果表明该地区主要发育NE 20°~40°和NW 20°~40°优势构造成因裂隙,裂隙发育数量呈现先减小后逐渐增大并维持较稳定数量的变化趋势。以此可为评价洞库围岩稳定性、水幕系统水封效果等提供了可靠的数据支持。     

中国大陆科学钻主孔现今地应力状态

用钻孔崩落法确定了中国大陆科学钻探主钻孔5 047 m深度以上的现今地应力状态.由钻孔声波成像测井资料发现, 科学钻主钻孔在1 200 m深度以下出现了钻孔崩落现象.我们从1 216~5 047 m的深度范围内采集了143个钻孔成像测井图象资料, 对钻孔崩落椭圆长轴方位进行了统计, 结果表明崩落椭圆长轴平均方位为319.5°±3.5°, 最大水平主应力方位平均为49.5°±3.5°.利用崩落形状要素(崩落深度和崩落宽度) 以及岩石的内聚力和内摩擦角, 估算了1 269 m至5 047 m范围内52个深度上的最大和最小水平主应力的大小.结果表明, 在浅处1 216 m深度, 最大水平主应力为42 MPa, 最小水平主应力为30.3 MPa; 在深处5 000 mm深度, 最大水平主应力为160.5 MPa, 最小水平主应力为120 MPa; 地应力随深度近于线性增加.据岩石密度测井资料计算了各个深度上静负载应力.3个主应力的大小和方向反映出科学钻主孔位置的应力场处于走滑应力状态, 与临近地区地震震源机制解和其他方法得到的应力场一致.利用声发射法对岩心试件进行了声发射测量, 得到了最大水平主应力幅值, 并与崩落法测量结果进行了对比, 两者十分一致.      

层状页岩岩石力学特性及其脆性评价

页岩气储层的岩石力学特性对压裂改造效果影响极大,开展页岩破坏机理、力学特性和脆性评价方面的研究,可以为页岩气开采中大规模体积压裂提供技术支持。本文对龙马溪组黑色炭质页岩进行单轴压缩试验,得到以下结论:（1）黑色页岩具有明显的层状薄片矿物结构,矿物主要成分为石英和方解石,结构面固有强度较高;（2）由于强结构面的影响,倾斜层理试件具有较高的弹性模量与单轴抗压强度,但是总体积应变量较小;平行或者垂直层理试件的弹性模量与单轴抗压强度较小,总体积应变量反而大;（3）随着层理倾角β的增大,层状页岩单轴压缩试验测得的起裂应力水平指标表现为"中间小两头大"的U型规律,即层理倾角为30°或60°时测量值较小,而0°或90°时较大;（4）岩石脆性是可压裂性的关键因素,层理角度为30°或者60°时,脆性指标较大,页岩的可压裂性更强,脆性指标的变化规律大致呈倒U型。本文的研究对评价页岩的可压裂性、提高压裂改造效果具有重要的现实意义和应用价值。     

空间坐标系下地下岩体结构面数学描述方法初探

钻孔摄像技术能够采集到大量地下岩体内的结构面数据,分析其数据有助于进一步揭示结构面的空间分布规律和组合关系。针对钻孔内获得的结构面几何参数的特殊性,提出了综合倾角、倾向和位置深度等参数的特征点描述方法,在局部坐标系下对结构面特征点的描述方法及计算过程进行了阐述,推导出了结构面几何参数与特征点坐标之间的转换公式,在全局坐标系下对特征点坐标进行了归一化处理,最后对空间坐标系下特征点的分布规律进行了探索。研究结果表明,（1）空间坐标系下的结构面特征点是结构面几何参数和空间位置的综合反映;（2）特征点在空间的分布反映了结构面的空间组合关系。为结构面的统计分析提供新的思路和方法,有助于开展结构面的空间分布规律和交切关系研究,对钻孔摄像技术的发展和以结构面几何特征为基础的岩体稳定性评价起到积极的推动作用。     

Study on Smooth Blasting Results in Jointed and Fractured Rock

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｊｏｉｎｔｅｄａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｄｒｏｃｋｍａｓｓｅｓ ,ｉｔｉｓｏｆｔｅｎｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏａｃｈｉｅｖｅａｓｍｏｏｔｈｆｒａｃｔｕｒｅｐｌａｎｅｂｅｔｗｅｅｎｂｌａｓｔｅｄｈｏｌｅｓ.ＭｃＫｏｗｎ(1984)ｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅａｎｇｌｅｂｅｔｗｅｅｎｒｏｃｋｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｌａｎｅｓａｎｄｔｈｅｂｌａｓｔ ｉｎｄｕｃｅｄｐｌａｎｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ 6 0°,ｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏａｃｈｉｅｖｅａｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇｓｕｒｆ…     

Computer aided design of underground excavations in jointed rock

Summary Stability analysis of rock blocks that may be formed by excavating jointed rock masses is traditionally performed using the stereographic projection technique. However, such technique is prone to human errors, and existing alternative analytical methods are rather tedious and time consuming. In this paper, a computer aided approach is proposed with the prime objective that the entire analysis is automated on a microcomputer. Computer aided design features such as determination of discontinuity orientation based on borehole data, stability analysis of rock blocks involving multiple discontinuity sets, and determination of optimum excavation direction, optimum plunge of rock reinforcement and the most critical direction of earthquake force are provided.     

基于底摩擦试验的硬岩岩质边坡变形过程及破坏机制研究

针对不同倾向、不同倾角条件下,边坡变形破坏特征不同但缺乏相互对比分析研究的现状,在充分考虑硬岩岩质边坡变形破坏特征的基础上,配制硬岩相似材料,采用底摩擦试验方法,分析不同倾向、不同倾角边坡变形破坏模式,并借助PIVlab技术进行分析。结果表明:顺倾和反倾边坡变形破坏模式和破坏范围有明显区别。在45°坡度条件下,当顺倾边坡倾角由30°→45°→60°→80°转换时,变形破坏模式由滑移-拉裂→轻微滑移-弯曲（或滑移-剪切）→未有明显变形（整体稳定）→浅表部倾倒-拉裂逐渐演化。在45°坡度、反倾边坡条件下,变形破坏模式由岩层倾角30°和45°条件下无明显变形,逐渐向60°和80°条件下的倾倒-拉裂演化。当岩层倾角较陡时,反倾边坡破坏范围相对顺倾边坡更大,倾倒弯曲转折端更深。PIVlab结果反映出不同结构边坡条件下,不同位置的速度和位移矢量特征不同,且与宏观观察结果相吻合。研究成果能够为同类边坡的稳定性评价和治理设计提供一定参考。     

动载下节理岩体破坏过程的数值试验研究

节理岩体是工程中最常见的一类岩体,其在地震、爆炸等动载下的力学响应及破坏过程对相关工程安全性的影响至关重要。采用基于有限元应力分析和统计损伤理论开发的动态版RFPA2D数值模拟软件,对动载下节理岩体的动态破坏过程进行了模拟,重点讨论了节理条数、节理贯通度、节理倾角及应力波峰值对岩体动态破坏过程的影响规律。计算结果表明,断续节理岩体动态破坏过程及破坏强度与节理构造形态、应力波峰值密切相关。相同动载下,随着节理条数的增加,岩体破坏程度以及应力波能量损失增强,但当节理条数数超过一定值后,岩体破坏程度及应力波能量损失逐渐趋于稳定;节理贯通度较小时,岩体破坏程度较低且破坏单元自上而下均匀分布。随着节理贯通度的增加,岩体破坏增强,且破坏主要出现于节理上部岩体;节理倾角较小时,节理上部岩体破坏严重,易形成次生贯通裂纹。随着节理倾角增加,破坏范围逐渐变大,不易形成次生贯通裂纹;倾角为45°～60°时,岩体破坏效果最佳;动载荷的峰值越大,试样的破坏越严重。当峰值达到一定值时,节理附近发育出多条裂隙并向上下方不断发展而导致岩体完全破坏。在不同节理贯通度工况下与岩石霍布金森压杆（SHPB）试验结果进行比较,结论吻合,证明该数值模拟的合可行性和结论的可靠性。     

柴家沟钼矿复杂地层岩心钻探技术

柴家沟钼矿地层破碎、裂隙发育、蚀变多样、涌水、完整岩石坚硬,而且地质设计要求大部分为斜孔,钻探施工中遇钻孔漏水、坍塌掉块、进尺缓慢、跑斜严重等技术难题。从钻孔结构、冲洗液配置、护壁堵漏、硬岩钻进、涌水地层加重泥浆的使用、立轴式钻机斜孔施工注意事项等方面总结了钻探施工经验。     

三轴试验下结构面倾角对制备岩样力学特性的影响

结构面倾角对岩样的力学特性有很大影响。人工制备了结构面倾角为15°、30°、45°、60°（水平面为0°面）的单贯通结构面岩样和完整样,并进行了单轴压缩试验和围压为100、200、300 kPa的三轴压缩试验来探讨结构面倾角对其力学和变形特性的影响。试验结果表明：①当倾角小于等于30°时,出现了岩样应力-应变曲线中典型的4个阶段。而当倾角等于45°和60°时,最后阶段变为先软化再硬化的特征;②结构面岩样均先体缩再体胀。随着围压增加,体缩最大值接近,而体胀呈明显减小趋势。随结构面倾角增加,体缩呈缓慢增长趋势,并在30°和45°时出现体缩突变。而体胀显著的减小。最后,指出了耶格尔单结构面判据的不足,并对其进行了修正,验证结果表明改进的耶格尔判据与试验结果吻合较好。