地下洞室围岩脆性破坏时的应力特征研究

在高应力作用下,岩爆、钻孔崩落、片帮都是地下空间硬脆围岩中常见的破坏现象,这三类现象本质上均可归于完整岩体的脆性破坏,它们分别反映了高应力作用下完整岩体不同的破坏程度。通过对前人关于岩爆判据、钻孔崩落判据和片帮应力强度比判据研究成果的类比分析可知,这些脆性破坏现象在破坏时具备相同的应力背景条件。脆性破坏的应力条件可以用地下空间周边切向最大应力与岩石单轴抗压强度之比（ / ）或者工程区最大主应力与岩石单轴抗压强度之比（ / ）来描述,两种指标本质上反映了相同的应力背景条件。对于 / , / = 0.4 ± 0.1是发生脆性破坏的应力临界条件;对于 / , / = 0.15 ± 0.05是发生脆性破坏的应力临界条件。大量的工程实例和基于Hoek-Brown强度准则的力学分析也证明了这一背景条件的正确性。这里两种指标都取了一个范围,主要是由于不同的岩体分级、岩性和工程地质条件会对指标的界定产生较为显著的影响。     

基于DDEM的自然崩落采矿法崩落规律的数值模拟

利用DDEM（可变形离散单元法）原理和方法,研究了自然崩落法矿体崩落规律。针对具体地质条件和赋存情况及矿岩物理力学性质,采用计算机数值模拟分析了自然崩落法的崩落规律,得出了DDEM在用于模拟矿块自然崩落法中崩落规律和分析其崩落机理时是较适合的结论,不仅可以从力学角度对崩落的力学机理进行研究,而且能直观地用图形给出矿体在崩落过程中的具体形态变化,有效地指导放矿,现场试验验证效果良好。     

非满配重水钻井井壁筒竖向结构稳定的理论研究

提出了国内广泛采用的悬浮下沉井壁钻井施工法有其深度极限的观点。分析了泥浆中的井壁筒在加入配重水（非满水）后井壁底接触岩石时的受力状态;结合国内悬浮下沉井壁钻井法的工艺特点,建立了泥浆中的井壁筒为有底管状自重压杆的力学模型;以能量法为基础,利用结构稳定理论和流体力学理论原理,推导了非满配重水井壁筒竖向结构稳定临界高度的解析式,并给出了典型算例;强调了工程设计中利用该公式的注意事项,并指出进一步研究这一问题的内容和方法。     

深大井筒近千米冻结设计的探讨

甘肃省庆阳市正宁县南部的核桃峪煤矿副立井冻结深度955 m, 为目前井筒冻结深度世界之最, 同时该井筒还是一个事故井, 冻结方案设计难度很大. 对该井冻结方案的特点、 难点与要解决的问题与博尔比钾盐矿进行了对比和探讨, 针对该工程的难点提出了以大管径(Ф168 mm)冻结管为代表的三大一小设计对策, 以及采用同心双供液管和温控孔控制冻结壁发展等新技术解决了设计中的难题. 取得了良好的效果, 为以后类似工程提供了经验.     

崩落法转充填法采矿地表移动二维离散元程序数值模拟及其规律验证

基于数字式全景钻孔摄像系统及现场统计对井下矿体及围岩进行了节理调查分析,利用Surpac建立了采空区三维模型并进行剖分,最终建立了二维离散元模型（UDEC）,研究不同水平矿体开采时位移场的变化规律和采空区上覆岩层的冒落形式,记录并分析矿体开采过程中岩石移动角变化规律并进行了对比验证。研究结果表明：充填法开采-430～-500 m矿体时,采空区最大位移为205.6 cm,小于崩落法的215.2 cm;对比充填法和崩落法新副井沉降值和水平位移值发现,充填法地表倾斜率为0.56 mm/m,小于崩落法的1.22 mm/m,水平变形率为1.03 mm/m,小于崩落法的1.31 mm/m,对于控制新副井沉降和地表移动具有良好效果。在崩落法开采时覆岩移动存在一定间歇性和跳跃性,冒落过程中可能形成自稳平衡拱,从而形成隐伏采空区。根据实际监测与模拟结果对比,在同一水平开采时间较长时,移动角减小速率呈跳跃性非均匀变化,表现为缓慢变化-加速变化-缓慢变化-加速变化的循环过程,进一步验证了自稳平衡拱和隐伏采空区的存在。     

横观各向同性水敏性地层斜井眼坍塌压力确定

在以泥页岩为目标储层的非常规油气藏水平井开发中, 钻遇井壁的稳定性问题突出, 一方面是由于在设计钻井液密度时简单采用各向同性介质模型和Mohr-Coulomb强度准则, 另一方面则是由于选用的钻井液性能欠佳, 难以保证建井全过程的井壁稳定。为此, 将地层视为横观各向同性介质, 采用Mogi-Coulomb强度准则判别岩石基体和层理面的稳定性, 同时考虑泥页岩水化作用对岩石力学强度参数的影响, 建立了水敏性地层井壁稳定分析模型, 分析了坍塌压力随井斜、方位、钻井液性能、钻井时间等因素的变化规律。研究结果表明:对于具有显著层理面结构的泥页岩地层, 采用横观各向同性模型比各向同性介质模型更能描述强度的各向异性;采用Mogi-Coulomb准则比Mohr-Coulomb强度准则得到的坍塌压力值与实际吻合程度更高, 在保证井壁稳定的前提下有利于降低钻井液密度, 实现钻井提速;提高钻井液封堵能力、减小泥页岩吸水扩散能力, 有利于延长坍塌周期。利用东濮、威远、焦石坝等工区多口页岩气水平井的实钻资料对本文方法进行了验证, 证实本文方法确定的钻井液密度窗口下值更能满足安全钻井需求。     

顶板诱导崩落爆破效果的全景探测与评价

基于连续采矿的顶板诱导崩落技术,采用预裂爆破控制裂隙发展区间,强制崩顶爆破诱导顶板围岩裂隙发育、扩展,从而诱导顶板致裂失稳的可控崩落。然而在地下采空区顶板诱导致裂失稳崩落处理采空区过程中,预裂与崩顶爆破效果具有极大的隐蔽性,难以进行直观可视的评价。采用钻孔摄像系统,利用前视与全景可视技术,对顶板诱导爆破前钻孔形态和爆破的效果进行了探测,特别在爆破后的全景钻孔摄像,数字化描述了钻孔的裂隙特征,并通过钻孔摄像的图片分析评价了顶板诱导崩落爆破效果。全景探测的结果表明：（1）预裂爆破在顶板岩体中形成了清晰可见宽为20～40 mm的预裂缝,炮孔底部存在半个孔壁的预裂特征。（2）顶板围岩中产生了大量的次生诱导微裂隙带,裂隙交错呈“X”型,并且原生裂隙得到了扩展。（3）顶板诱导爆破实施后爆堆形状良好,大量裂隙发育以及碎裂岩体结构的形成有利于顶板的诱导可控崩落。     

基于区域化变量及RMR评价体系的金川III矿区矿岩质量评价

岩体质量的全面评价是自然崩落法矿山可行性研究和初步设计的重要前提和依据。RMR体系是通常采用的综合性评价方法,以钻孔或坑道的局部RMR评价值来表征整个区域的岩体质量具有片面性。因此,以金川III矿区1554水平以上的岩体质量调查数据为样品,首先对其空间结构性及变异性进行了分析,得出调查区RMR参数指标具有区域化变量特征的结论;其次,建立了评价范围内各类工程和岩性区段的三维表面模型,并对该模型用长方体单元进行了离散;然后,借助区域化变量最优无偏估值方法,对各离散单元块的RMR参数指标进行推估,建立了反映全局变化的矿岩质量三维可视化RMR评价模型;最后以RMR评价模型为基础,根据Laubscher崩落图对矿岩初始和持续崩落的水力半径进行了计算。结果表明：III矿区的RMR均值为39.8,矿岩可崩性属较好到很好。预测金川III矿区平均持续崩落水力半径为20.4 m。     

川西中江地区井壁失稳机理研究

中江地区井壁失稳是该区钻探过程中普遍遇到的问题，为了弄清楚井壁失稳的机理，对该地区地层粘土矿物结构和理化性能及粘土矿物的膨胀、分散性能作了大量的室内研究，对易引起井壁失稳的一些工程因也进行了比较全面的分析，该区的防塌技术对策提供了依据。