不同岩性巴西劈裂试验的声发射特征

应用声发射及其定位技术,系统研究了10 种不同岩石的巴西劈裂失稳过程,分析了随应力时间变化其声发射活动规律,并从内部细观结构对其破坏机制进行了分析,得到了顶板岩层不同高度不同岩性的微观破裂机理。结果表明：由于不同岩性岩石内部微观组成存在差异,砂性岩石劈裂抗拉强度和竖直方向的压缩极限应变约为泥性岩石的1.60倍。峰值强度时,砂性岩石的振铃计数和能量远大于泥性岩石,且其振铃计数和能量时间曲线比较均匀,而泥性岩石曲线“阶跃”现象明显;岩性不同,内部初始裂纹的位置也不同,裂纹初始及其扩展方向是诱发岩样裂纹贯通的主要原因。砂性岩石破坏前兆点早于泥性岩石出现,且大部分处于不稳定裂纹扩展阶段(含粗砂细砾岩和砂岩除外);顶板岩石在受拉变形过程中,泥性岩石失稳破坏时更加剧烈和突然,预警时间较短,可能带来安全隐坏,因此必须做好相应的支护措施。     

基于颗粒流的砂岩三轴破裂演化宏-细观机理

以重庆地区砂岩的三轴压缩试验应力-应变曲线为基准,完成了二维颗粒流PFC2d数值砂岩试样的细观参数标定。针对0.5~20 MPa围压下数值砂岩在双轴试验中的宏观力学响应,从试样内部位移、3种类型裂纹(总裂纹、拉裂纹和剪裂纹)的数目演化和角度分布等细观层面进行了解释。研究结果表明：PFC2d数值试样能代表物理砂岩的主要宏观力学特性;试验过程中,试样内3种裂纹数目均呈“S”型累积,其突变点与宏观应力-应变曲线的弹、塑和破坏特征点对应;随着围压增大,由试验过程中剪裂纹始终占主导逐渐变为拉裂纹始终占主导,拉裂纹的占比逐渐增大;对于整个试样和破裂带,破裂带内拉裂纹的占比始终高于整个试样;总裂纹和剪裂纹角度分布的主方向明显,与加载方向相同;拉裂纹的角度分布较为均匀,在加载方向、破裂面及共轭破裂面方向的集中度相对明显。     

饱水冻结裂隙砂岩力学特性试验研究

为探究寒区裂隙岩体的力学特性及破坏机理,对不同裂隙倾角的饱水砂岩开展-10℃冻结环境下的常规三轴压缩试验.结果表明:裂隙几何特征对加载过程中砂岩应力应变曲线发展有较大影响.应力应变曲线初始段呈"上凸型"特征,这是由于该阶段主要由岩体孔隙和裂隙内冰体承担荷载.砂岩峰值强度、 弹性模量、 抗剪强度参数与裂隙倾角呈线性正相关...     

深部软弱地层TBM围岩力学行为试验研究

为揭示TBM深部软弱围岩变形破坏力学特性,开展了反映深埋隧道TBM机械开挖卸荷本质——高初始围压下缓慢准静态卸荷这一卸荷特征的砂质泥岩三轴卸围压试验,研究结果表明:缓慢卸荷条件下的岩石峰前应力-应变曲线接近于常规三轴压缩峰前应力-应变曲线,卸荷屈服阶段产生损伤扩容,侧向变形加速增长,从体积压缩开始转向扩容;应力达到峰值强度后,岩石首先发生1~2级脆性跌落,随着围压继续缓慢卸荷,岩石沿一条斜率较小的近似斜直线发生伴随有多级次生微破裂的线性应变软化;岩石变形全过程由弹性变形段、峰前卸荷损伤扩容段、峰后脆性跌落段、含有多级微破裂的线性应变软化段以及残余强度阶段组成;岩石缓慢卸荷发生宏观张剪复合破坏,并伴有轴向劈裂裂纹,破裂断面为由许多劈裂裂纹相互贯通形成具有一定宽度的剪切带,剪切带内劈裂的岩片在轴向挤压力和沿破裂面的剪切力共同作用下被挤压和摩擦成许多细颗粒和岩粉。     

泥岩孔裂隙分布特征及其对吸水性的影响

基于泥岩样品的扫描电镜测试和液氮等温吸附试验,系统研究煤系泥岩的显微孔裂隙形态特征和分布规律,进而探讨孔裂隙分布特征对其吸水软化崩解性的影响规律。主要研究成果为：① 泥岩孔裂隙类型有粒间孔、层间孔、粒缘收缩孔、气胀孔、溶蚀孔、矿物铸模孔及裂隙等;② 孔裂隙的发育程度及相互间的连通性差,自然状态下,多以隐裂隙的形式存在,肉眼很难辨别;③ 孔裂隙以所含黏土矿物微集聚体间孔隙和构成泥岩骨架的大颗粒间孔隙为主,其中构成泥岩骨架的大颗粒间孔隙体积占泥岩总体积的20%以上;④ 泥岩吸水软化崩解是在宏观结构破坏或扰动的基础上,由微孔裂隙吸附效应引起的,受其物质组成不同的影响,自然吸水率和软化崩解机理存在明显差异。     

基于CT扫描的饱和破碎灰岩侧限压缩下微观结构演化特征

为探求破碎岩体在压实过程中微观结构的演化规律,对饱和破碎灰岩进行侧向受限压缩试验,进行了试样内部微观结构形态的显微CT扫描;定量描述了压实过程中灰岩颗粒的破碎程度,分析了孔隙度与颗粒平均粒径之间的关系;基于图像处理技术,定量分析了颗粒表面形貌的演化规律。试验结果表明：在饱和破碎灰岩压实过程中,颗粒破碎现象普遍存在,试样内部孔隙被压缩或充填,孔隙间连通性变弱。颗粒的初始配比影响试样孔隙度,相同轴向应力下,随着Talbot指数的增大,试样孔隙度单调增大。孔隙度与颗粒平均粒径之间满足线性关系,孔隙度的变化可以作为描述颗粒破碎程度的一个有效参量。随着轴向应力的增大,颗粒的圆形度单调减小,颗粒表面形貌越来越规则,圆形度与轴向应力之间满足指数关系。该研究有助于深入了解破碎岩体的变形机制。     

Al_2O_3/Fe复合材料的制备及微观组织

采用熔铸法成功的制备成了Al2O3/Fe复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM),来观察增强相Al2O3的微观组织。实验表明:增强相呈颗粒状均匀分布在铁基体中,增强相和基体无反应层;随Al2O3的含量的增加其微观组织变化过程为:细小的颗粒状增强物由4μm逐渐长大为较粗大的粒状约10μm,并在颗粒内部出现了裂纹。     

红砂岩受高压电脉冲击穿作用下的破裂行为试验研究

高压脉冲放电破岩具有绿色环保、能量可控的特色,是一种应用前景广阔的新兴岩石破碎技术。通过电击穿试验分析了高压脉冲作用下红砂岩的破裂机制,研究了不同试件尺寸和放电电压下红砂岩的破裂模式及破裂程度。结果表明：高温和冲击波是导致试件破裂的内在机制。高压电脉冲作用下,红砂岩在电极附近由于等离子通道贯通后的迅速膨胀作用形成击穿区,损伤最为严重。击穿区外侧受冲击波的影响出现径向裂纹,冲击波强度足够时可继续诱发试件边界附近出现剥落裂纹。击穿区、径向裂纹及剥落裂纹的形成与试件的尺寸和放电电压密切相关。采用裂纹密度和分形维数两个指标量化分析了高压脉冲作用后试件的破裂程度。随着试件尺寸增加,试件由块状破碎转变成穿孔破坏模式,试件的裂纹密度、裂纹的复杂程度以及分形维数呈现出降低趋势。随着放电电压的增加,试件由穿孔破坏模式转变成块状破碎,其裂纹密度、裂纹的复杂程度和分形维数呈现增加趋势。     

印尼某区铁矿石粉矿矿相学及X射线衍射分析研究

采用矿相学、X射线衍射分析方法对印尼某区铁矿石粉矿的矿物组成和粒间结构进行了分析.结果表明,粉矿中铁矿物相主要为磁铁矿,其次为褐铁矿,偶尔可见由含锰磁铁矿氧化分解形成的水锰矿及其脱水相.粉矿颗粒内部空隙非常发育,孔隙类型丰富多样,偏胶状"褐铁矿"是氧化带粉矿的重要铁矿物组成类型,粉矿颗粒内部空隙的组成部分主要为风化淋失...     

高强度开采覆岩岩性及其裂隙特征研究

为分析高强度开采工作面覆岩岩性及其裂隙特征,以高家梁煤矿20313工作面为研究对象,分析了工作面顶板含水层赋存情况,通过试验获取了砂质泥岩顶板细观结构和矿物组分及物理力学性质,采用相似模拟试验、理论分析、CAN-II〖BP(〗=2\*ROMAN〖BP)〗大地电磁探测仪和现场调查综合分析了工作面开采后的覆岩破坏情况。结果表明:工作面顶板砂质泥岩随着与煤层距离的增大,颗粒间接触逐渐由点-点、点-面接触转变为线-面、面-面接触,且颗粒体积有增大趋势;由煤层至地表,抗拉(压)强度减小,断裂后接触面积更大,且遇水后颗粒体积膨胀,挤压颗粒间的孔隙,孔隙通道减小,降低宏观通水性;覆岩及地表裂缝以张开、闭合、压实的过程重复向前发展,虽然覆岩含水层及隔水层产生了破坏,但裂隙宽度较小,地表没有出现明显的塌陷裂隙;工作面开采后覆岩内会形成稳定的压力拱结构,覆岩破坏不会与地表裂隙贯通,地表潜水不会直接与井下工作面贯通。采动后工作面断层上盘侧岩层整体上破坏更严重;在断层下盘侧,虽然采动后CAN型综合值云图内出现了较多环状闭合曲线,但仍有平滑层状曲线包裹,说明采动覆岩的连续性分布较好,岩层内裂隙发育程度低;20313工作面开采后地表多以细小拉伸或挤压裂缝为主,裂缝数量较少,基本上所有裂缝经历了“张开-扩展-闭合”完整发育过程,裂缝发育周期最长的为15 d,最短为7 d;裂缝宽度最大为6.3 cm,台阶落差最大为8.7 cm,地表植被生长及分布情况与开采前基本一样,说明工作面开采的安全性及地表生态基本不受影响。高强度开采覆岩裂隙发育特征得到了大量理论与试验研究,物探法是开展覆岩裂隙现场探测最方便、快捷的手段,提高物探仪器对覆岩裂隙探测的敏感度及物探结果解释的准确度是物探法探测覆岩破坏得以推广的技术前提。     

破碎方式对冀东磁铁矿石微裂纹特性的影响

为考察矿石不同破碎方式对破碎后所得产品颗粒内部微裂纹特性存在的差异,以冀东地区某磁铁矿石为研究对象,对高压辊磨和颚式破碎2种破碎方式所得产品进行对比,分析不同破碎产品的微裂纹差异,并通过Bond球磨功指数的测定,研究微裂纹特性对磨矿产品的影响。结果表明:矿石经高压辊磨机破碎后产生的晶内裂纹和解离裂纹数量均明显高于颚式破碎机破碎后产品,随着粒度逐渐降低,颗粒中微裂纹的长度、宽度以及数量均逐渐增加,同时产品颗粒表面的粗糙度也显著增加;高压辊磨破碎产品比常规破碎产品的Bond球磨功指数(目标粒度-0.15mm和-0.074 mm)分别降低了13.55%和14.14%,采用高压辊磨破碎可有效降低磨矿能耗;在相同磨矿细度条件下,微裂纹数量多的物料,细粒级中铁矿物的含量更多,同时粒度分布也更为合理,但增长趋势随着磨矿细度增加而逐渐减弱。试验结果可以为冀东磁铁矿石降低碎磨成本,实现降本增效提供理论依据。     

The effect of high intensity conditioning on the flotation of a nickel ore. Part 1: Size-by-size analysis

High Intensity Conditioning improved pentlandite flotation from a nickel ore. Specifically, High Intensity Conditioning increased the flotation rate of pentlandite contained in the 8 to 75 μm particle size range. There was also a significant increase in the maximum recovery of pentlandite over the same particle size range. By contrast, the rate and maximum recovery of pentlandite contained in particles less than 8 μm were not significantly increased by High Intensity Conditioning. Desliming was affected by hydrocycloning to remove particles less than 8 μm in size from the ground ore. Desliming caused similar changes in the size-by-size flotation behaviour of pentlandite as High Intensity Conditioning. Mechanisms of High Intensity Conditioning are discussed in terms of the particle size dependent flotation behaviour of pentlandite.     

谦比希铜矿中铜矿物的解离特性及其可浮性研究

矿物的单体解离是浮选分离的前提，查明矿石细度、目的矿物单体解离度和矿石可浮性三者之间的内在联系，可为浮选前物料的准备提供指导。为此，以赞比亚谦比希西矿体矿石为例，借助矿物解离分析系统（MLA），初步探讨了不同细度下有用矿物的解离特性与可浮性的关系。研究结果表明：谦比希铜矿中的主要铜矿物为黄铜矿，含量为5.32%，脉石矿物主要有正长石、石英和云母；原矿中黄铜矿属于以微细粒为主的不等粒嵌布，黄铜矿颗粒介于10~500 μm，且多数与长石和石英毗邻，部分细颗粒被包裹在粗颗粒的长石和云母中，仅有少量单体解离颗粒存在；将原矿磨至-74 μm占70%，黄铜矿的自由表面由60.88%升高至78.14%，单体解离颗粒含量由28.90%增加至54.24%，但连生体中铜矿物的分布规律没有改变；试验矿石浮选过程最有效的选别粒度为18~100 μm，粗颗粒中铜的损失是由于铜矿物单体解离度低，过细物料的损失则是因为物料可选性差。     

褐煤热损伤过程中的孔裂隙细观特性研究

利用高温气体加热设备,对褐煤进行不同温度的加热处理,通过电镜扫描观察到其表面的破坏形式,利用高精度的CT对试样进行X射线扫描,从宏观方面得到其破坏形式的同时对CT图像进行二值化处理,得到不同温度段褐煤的孔隙率以及裂纹的长度以及宽度。结果表明:温度作用下,褐煤固体颗粒之间产生热应力使得有机质得到热解的现象称为热破裂;热破裂效应在温度高于200℃后作用明显,200℃以下,褐煤孔裂隙演化主要是因为内部自由水及气体散失导致,200℃以后,热破裂占据主导作用,孔裂隙发育增幅变大,孔隙率较常温状态下增加了6.83%;热损伤低温阶段,褐煤破坏以细长裂隙为主,当温度高于200℃后,破坏形式以不规则的椭圆形为主。     

饱和水弱胶结砂岩剪切断裂面形貌特征及破坏机理

剪切破坏断面是弱胶结砂岩在破坏过程中断裂后所形成相匹配的表面,断面形貌特征根据受力方式和饱水条件的不同形成差异显著。利用3D激光扫描对剪切破坏断面进行精确测量,结合地理信息系统(GIS)技术对不同受力方式和饱水条件下的破坏断面形貌进行三维可视化处理和定量分析,并采用扫描电镜从细观角度对产生的断面形貌特征差异及其破坏机理进行研究。试验结果表明:随夹具角度的增加,破裂面法向力降低,法向力的减小是导致破裂面扰动较大以及剪切断裂面粗糙度和起伏度增加的主要原因之一;通过饱水岩样细观结构的分析发现,弱胶结砂岩骨架颗粒自身吸水膨胀软化,骨架颗粒之间的黏连性变差,胶结程度降低,直接导致试件抗剪强度降低,同时,水对剪切破坏面扰动影响也降低,致使在相同受力条件下饱水试件断裂面粗糙度和起伏度相对较小;胶结物质的遇水软化的特性是决定弱胶结砂岩剪切破坏断面形貌的关键因素,为进一步研究弱胶结砂岩损伤演化过程及破坏机理提供可靠的试验依据。     

竖井开挖过程的FLAC3D数值模拟

针对山西某矿竖井开挖过程中的变形和破坏问题,以该矿竖井检查孔资料为地质背景,以地下300~400 m地层为研究对象,基于有限差分软件FLAC^3D对竖井开挖过程进行了三维数值分析,分别计算出未开挖前和每步开挖3 m后的应力和位移状态,进行井筒侧壁和底部变形规律的研究。数值计算结果表明：该竖井在开挖过程中底鼓的竖直位移最大值出现在开挖深度约为60 m处的低强度砂质泥岩,竖直位移最大值为12.99 mm;竖井开挖过程中侧壁变形在泥岩段明显大于砂岩段,侧壁变形的最大位移出现在开挖深度24 m的泥岩处,水平位移最大值为2.48 mm。在泥岩和砂岩接触部位易出现应力集中,建议在泥岩和砂岩分界处和泥岩段的井壁提高永久支护的强度。研究结果对该矿竖井的开挖具有较重要的参考价值。     

裂纹几何配置对裂隙砂岩力学特性及破坏模式的影响

天然岩体常常包含不连续体，比如孔隙、裂隙、断裂以及其他缺陷等，这些缺陷的存在将导致岩体力学强度产生较大的劣化作用。为了研究不同裂纹几何配置对裂隙砂岩力学特性、裂纹扩展演化及断裂机制的影响，基于室内砂岩力学参数测试结果，借助颗粒流平行黏结模型对预制裂隙试样进行一系列的模拟研究。结果表明：当裂隙倾角恒定时，随着岩桥角度的增加，砂岩峰值应力与峰值应变呈现出先降低后增加的趋势；当岩桥角度恒定时，峰值应力与峰值应变随着裂隙倾角的增加而增加。初始裂纹从预制裂隙尖端萌生，起裂应力水平为 0.68σ _c；累积微裂纹数呈指数函数形式增加；试样破坏形式主要有拉伸破坏、剪切破坏及拉剪混合破坏；岩桥贯通模式主要有间接贯通和直接贯通两类。     

弱胶结砂岩遇水软化过程细观结构演化及断口形貌分析

对西部鄂尔多斯红庆河矿区的弱胶结砂岩采用饱水实验、SEM扫描电镜、QEMSCAN扫描电镜和力学实验等试验手段,分析其软化过程细观结构演化及其细观断裂形貌和断裂机理。研究表明:弱胶结砂岩的成岩特性决定了其遇水软化、崩解的特性与其矿物组成和结构特征密切相关;证实了弱胶结砂岩遇水软化过程中细观结构破坏的主要方式为胶结物质的破坏,且发生破断的位置为物颗粒与颗粒的接触界面或者颗粒与胶结物质之间界面;弱胶结砂岩的宏观力学行为主要由颗粒间接触决定,当边界荷载发生变化时,砂岩的最终断口发生在黏土胶结物上及其与矿物颗粒的交界处,少数发生在矿物颗粒上,颗粒体系内部结构的变化总体上可以分为颗粒破碎、颗粒或颗粒簇脱离母体结构、沿颗粒裂纹扩展及微裂隙呈弥散分布、胶结物质破坏等四大类;胶结物质力学性质是其破坏形式的关键因素,为进一步研究弱胶结砂岩变形破坏机理奠定基础。     

煤矿立井过平顶山砂岩水害预注浆治理关键技术

工作面预注浆是立井过含水岩层主要水害防治方法之一。平顶山及周边煤田广泛发育的平顶山砂岩厚度一般在80～140 m,该层砂岩硬度较高,裂隙发育,但裂隙具有高倾角、微细、横向连通性差等特点,水害治理难度大。针对如平顶山砂岩这类含水岩层,采用分段注浆来保证整体注浆效果、多圈布孔避免残留注浆盲区、交叉环向螺旋布孔增强高倾角裂隙的连通性、水泥浆—化学浆联用保证微细裂隙的注浆扩散效果。该技术已在平煤十矿三水平进风井、十三矿己五采区进风井平顶山砂岩段水害预注浆治理等多个工程中应用,取得了理想的治理效果。较传统工作面注浆方式,在相对减少钻孔布置、节省工期及造价的同时,可保证治理效果,具有较高的实用性。     

页岩气储层钻井液损害评价研究

延长油田页岩气储层埋藏较深,地质条件复杂,页理构造发育,岩石物性极差,页岩易膨胀、分散。由于孔缝并存,页岩气储层比砂岩油藏具有更严重的微粒运移损害、储层应力敏感损害、水锁损害等特性。鉴于延长页岩储层太过致密,不能用常规方法进行渗透率测定。通过采用人造裂缝法测定钻井液对储层裂缝的污染程度来表征钻井液对储层的损害率。经人造裂缝法测定,延长油田现场使用的白油基钻井液体系对页岩气储层的污染渗透率恢复率达到91.060%,初步证实该体系具有良好的储层保护效果,可在延长油田进一步推广使用并验证。