基于岩体质量指标的可爆性分级探讨

针对国内岩体可爆性分级没有一个统一的标准,探讨用国家岩体工程分级标准中的分级指标——岩石单轴饱和抗压强度与岩体完整性系数此两项指标作为岩体可爆性分级的可行性,用数理统计中的相关性系数与偏相关系数说明岩石单轴饱和抗压强度与岩体完整性系数与炸药单耗均密切相关,进而说明用此两项指标进行可爆性分级是科学可行的。     

基于岩体质量指标的可爆性分级探讨

针对国内岩体可爆性分级没有一个统一的标准,探讨用国家岩体工程分级标准中的分级指标--岩石单轴饱和抗压强度与岩体完整性系数此两项指标作为岩体可爆性分级的可行性,用数理统计中的相关性系数与偏相关系数说明岩石单轴饱和抗压强度与岩体完整性系数与炸药单耗均密切相关,进而说明用此两项指标进行可爆性分级是科学可行的。     

超深竖井工程围岩分级探讨

结合超深竖井工程围岩分级过程中遇到的问题,尤其是深部高地应力、高地温等复杂条件对稳定性的影响,根据工程实际资料对这些问题进行了分析和探讨,对分级方法中的定量指标岩体完整性指数Kv和岩石饱和单轴抗压强度进行了高地应力、高地温条件下的修正,并通过典型工程实例验证了该修正方法的实用性。     

基于TBM巷道开挖卡机风险分析的围岩分类

 本文试图将TBM引入深部巷道建设。由于深部巷道围岩高应力与低强度的矛盾突出，开挖后围岩易产生挤压大变形，TBM极易发生卡机事故。围岩分类是一种快速、便捷的卡机风险分析途径，可方便工程师们快速预测、判断卡机状态，减少损失。在煤矿深部巷道围岩分类的基础上，借鉴QTBM模型的经验，考虑影响卡机的挤压变形的相关参数，选取岩石的单轴抗压强度Rc、强度应力比、岩体完整性、岩石硬度四个指标，将TBM掘进条件下的深部巷道围岩划分为Ⅰ（好）、Ⅱ（较好）、Ⅲ（差）、Ⅳ（极差）四个类别，对每个类别均进行了岩体质量描述和岩种举例。最后建立围岩类别、挤压变形级别和卡机风险对照关系表，据此可定性预测TBM卡机风险。     

声波测井在勘察滑坡中的应用

应用声波测井检测基岩内部的软弱结构面(带),可以为滑坡体滑动面的准确定位提供依据。另外,借助于岩石弹性纵波速度的测试,可计算岩体完整性系数Kv,评价岩体完整程度。     

岩石点荷载强度与单轴抗压强度关系研究

点荷载试验是一种在工程现场快速确定岩石单轴抗压强度的方法。自国际岩石力学协会建议采用以来,得到了广泛的研究和应用。点荷载强度指标和单轴抗压强度之间的变换关系式存在较大的不确定性,影响该关系的因素较多,例如修正系数、点荷载强度标准值等。以贵州紫金水银洞金矿多个采场顶板岩石的点荷载试验数据为基础,探讨了不规则点荷载强度指标IS和点荷载强度标准值IS(50)之间的修正系数F的变化情况,分析比较了目前常用的四种计算方法获得的点荷载强度标准值IS(50),并对点荷载强度标准值IS(50)与岩石单轴抗压强度σC进行曲线拟合和线性拟合比较,最后得到了该矿顶板的单轴抗压强度σC和点荷载强度标准值IS(50)之间的最佳关系式,这种拟合关系在该工程施工过程中得到了很好地运用,经实践证明这种关系式是可行的。     

基于 CRITIC-Vague模型的岩体可爆性评价

为更精确地评价岩体可爆性,结合 CRITIC 法与 Vague 集理论,建立了岩体可爆性评价的 CRITICVague 模型。选取抗压强度、岩石容重、完整性系数和炸药单耗作为岩体可爆性评价指标,运用 CRITIC 法计算了各指标权重,分别将样本数据和评价标准的各项指标值转化为 Vague 值,将评价标准中的大等级精细化为小等级,采用 MATLAB 编程并计算样本数据与小等级 Vague 值的总体相似度量值,依据最大相似度量值确定岩体可爆性的小等级与大等级。将 20 组岩体可爆性评价工程实例数据代入 CRITIC-Vague 模型进行验证,评价结果较准确。应用模型于纳米比亚湖山铀矿工程实践,结果表明：该模型具有较高的可靠性,提高了岩体可爆性评价的精度,对爆破工程实践具有一定的指导意义。     

TBM在煤矿巷道掘进中的技术应用和研究进展

TBM工法经济技术优势显著,正成为煤矿巷道快速掘进的一种新方法。但由于煤矿特殊的施工环境和复杂地质条件,TBM在煤矿巷道掘进中面临以下技术挑战：(1)煤矿特殊施工环境下TBM装备和矿井系统适应性设计难;(2)煤系软硬复合地层破岩机理不清,高效破岩控制难度大;(3)软弱地层挤压变形卡机灾害风险大,灾害预测和安全控制难度大;(4)掘进空间狭小和粉尘水雾干扰严重,TBM掘进过程监测难度大,难以进行掘进参数决策控制和灾害预警。对此,针对TBM装备适应性设计技术,深部复合地层TBM高效破岩理论,挤压变形卡机灾害预测控制方法,掘进过程智能化决策控制技术等开展了系统研究,在TBM安全高效掘进技术方面取得了以下研究进展：(1)论述了针对煤矿特殊施工环境的TBM装备和施工工艺适应性设计技术;(2)开展了TBM滚刀贯入和线性切割试验,揭示了复合地层地应力水平、岩石强度及岩性变化、掘进控制模式、滚刀安装半径等对TBM破岩效率和破岩模式的影响机理,提出了深部复合地层TBM掘进性能评价预测方法和岩体可掘性评价方法;(3)揭示了深部煤系软弱地层TBM掘进挤压大变形卡机灾害孕育发生机理,发展了挤压变形卡机灾害孕育演...     

岩石与岩体性质的相关性研究

为了解岩石性质与岩体性质的相关性,通过对阳泉矿区的岩石和岩体进行测试,研究了岩石强度与岩体强度、岩石波速与岩体波速的相关性。结果表明,岩石单轴抗压强度与岩体强度具有相似的变化趋势,并且具有显著的线性变化关系,经过拟合后的公式可以较准确地进行岩石抗压强度与岩体强度的换算。岩石的波速均大于岩体的波速,通过比例系数K表示岩体波速与岩石波速的变化关系,发现不同岩石的比例系数并不相同,并且有较大差异,岩体的波速越接近岩石的波速,说明岩体越完整。     

基于模糊灰关联模式识别的地下工程围岩稳定性评价

通过对影响围岩稳定性的因素进行综合分析,选取岩石单轴抗压强度、岩石质量指标、岩体完整性系数、结构面强度系数和地下水渗水量作为分类的因素,根据模糊数学和灰色系统原理提出了基于模糊灰关联模式识别理论的多因素地下工程围岩稳定性分类方法.工程实例分析结果表明,该方法是合理可行的,是围岩分类定量分析的有效途径.     

TBM盘形滚刀破岩力计算模型研究

TBM盘形滚刀破岩力计算对TBM设计及施工具有重要意义。分析滚刀运动规律发现,滚刀法向推力对破岩起主导作用。假定了滚刀与岩石间接触应力分布形态,推导了常截面盘形滚刀的法向推力与滚动力计算公式,并利用多种不同强度岩石的线性切割试验结果进行验证,结果表明计算值与试验数据较为吻合,证实了公式的准确性与适用性。对计算值误差分析发现,滚刀破岩力计算精度与滚刀-岩石接触应力分布形态选取相关,采用最小二乘拟合思想,基于计算值与试验值的相对误差对接触应力分布指数进行修正,发现接触压力分布指数随滚刀贯入深度增大近似呈指数规律变化,提高了破岩力计算公式的预测精度。研究结果可为TBM设计和施工提供依据。     

TBM破岩机理的三维FEM-SPH耦合算法

采用改进的有限元-光滑粒子流体动力学耦合（FEM-SPH）的方法,建立了TBM单滚刀和双滚刀破岩的三维数值耦合模型,研究了TBM破岩机理,研究结果表明,压碎区形成阶段,在单滚刀推力的作用下,微裂纹向下扩展形成扇形破坏区;在切向力的作用下,微裂纹向前扩展形成另一个扇形破坏区,两个扇形破坏区组成了锥形破坏区;在微裂纹形成阶段,侧向裂纹的扩展速度大于中央裂纹的扩展速度;在微裂纹扩展阶段,中央裂纹的扩展速度大于侧向裂纹的扩展速度;当滚刀向岩体的边缘滚动时,边缘部位的岩石以扇形失效;压碎区形成阶段,每个滚刀单独作用在岩石上,在每滚刀的下方形成一个锥形破坏区;在微裂纹形成阶段,由于滚刀之间的相互作用,赫兹裂纹改变扩展方向;在微裂纹扩展阶段,赫兹裂纹连接和贯通,形成岩片。     

TBM净掘进速率预测模型及多指标评价方法研究

为了建立巷道TBM(全断面隧道掘进机)施工净掘进速率预测模型，基于马来西亚Pahang-Selangor隧洞通过室内试验和现场记录获取的100组岩体力学和TBM掘进参数，采用统计回归分析、人工神经网络、机器学习和多算法融合等方法建立了17个TBM净掘进速率(PR)预测模型，提出了一种新的归一多指标模型评价方法，对模型的各个评价指标依次进行倾向一致性转换、归一化、求和与排序，同时使用归一法和已有的排名法对比分析17个模型的预测性能，结果表明：多算法融合提高了人工神经网络和分类与回归树模型的预测能力，略微降低了支持向量回归模型的预测能力|分类与回归树模型和基于分类与回归树的多算法融合模型预测能力最好，更适用于PR预测|提出的归一法为不同模型的多指标综合评价提供了量化方法，克服了排名法在模型预测能力差别较小时无法精确识别的不足。     

超千米深部全断面岩石掘进机卡机机理

为了解决超千米深井巷道建设面临的严峻挑战,拟将全断面岩石隧道掘进机（TBM）在解决关键岩石力学问题和机械制造问题的基础上加以改进引入到超千米深井巷道建设。然而深部高应力挤压变形将导致TBM的护盾极易被卡塞。揭示了TBM的卡机机理：当护盾周围围岩变形量超过开挖预留的变形量,围岩开始与护盾接触并挤压护盾,进而在TBM推进时围岩对护盾产生摩擦阻力,当TBM推力无法克服围岩对护盾产生的摩擦阻力时,便导致TBM护盾被卡。提出了相应的卡机状态判据。提出了判断护盾被卡状态的理论计算方法及过程：考虑工作面空间效应,基于Hoek-Brown准则研究了护盾周围围岩收敛变形沿巷道轴向的变化规律,计算出作用在护盾上的围岩压力,进而计算围岩对护盾的摩擦阻力,最后根据卡机状态判据判断护盾是否被卡。     

Drillability studies on the rotary blasthole drilling of lignite overburden series

ABSTRACT

This paper describes the results of drillability studies on rotary blasthole drillings for lignite overburden series at open pit lignite mines in Turkey. Field and laboratory studies are carried out at 96 different locations of 16 lignite mines to determine formation properties and to obtain drill performance data such as penetration rate, thrust, RPM. The obtained data analysed and the relation between some rock properties such as uniaxial compressive strength, cohesion, tensile strength, unit weight, impedance and penetration rate have been established. Among these rock properties, uniaxial compressive strength has been selected as a single parameter giving the highest correlation coefficient and to produce simple and practical relation. Finally thrust and RPM requirements are investigated and a chart based on uniaxial compressive strength is proposed to estimate thrust, RPM and corresponding penetration rate.     

TBM施工煤矿深埋硬岩巷道围岩稳定性分析及工程应用

针对首次立井煤矿TBM掘进硬岩巷道工程应用实际,进行了巷道围岩稳定性分析和施工信息化监测,并采用ABAQUS有限元数值软件研究了巷道围岩位移场、应力场和塑性区的分布规律,分析了拟定支护方案的巷道围岩稳定性。结果表明,巷道顶部的最大下沉量为33.26 mm,巷道围岩的塑性区范围为0.8~1.2 m。确定支护方式为锚网支护。在试验巷道掘进过程中,进行了围岩内部裂隙发育情况、巷道收敛变形和锚杆受力监测。巷道顶板围岩破损深度达1.5 m,两帮最大收敛量为12 mm,锚杆轴力变化范围为43.1~65.1 k N。TBM施工硬岩巷道月进尺达404 m,相比传统的钻爆法和综掘法单进提高5~10倍,工程应用表明,该工法安全高效。     

复合地层TBM双滚刀破岩过程数值流形模拟研究

大型交通、矿山和水利工程TBM施工中不可避免会遇到复合地层,复合地层中TBM双滚刀破岩特征与均质岩层有较大差异。基于数值流形方法处理非连续问题的能力,引入弱不连续物理覆盖来对复合地层层理面进行表征,提出了模拟裂隙网络扩展过程的数值流形算法,进一步建立了模拟复合地层滚刀破岩过程的数值流形模型。同时,对软硬不均复合地层中不同刀间距的双滚刀破岩过程进行了模拟分析,研究发现：在相同贯入度下,不同滚刀间距的应力分布均具有明显的不对称性,硬岩中滚刀推力远高于软岩,从而易造成滚刀偏磨;当滚刀间距为100 mm时,两滚刀间岩片厚度达到最大值23.7 mm,刀间距增大或减小时,岩片厚度均出现降低趋势;不同刀间距条件下,软岩的破碎率均高于硬岩,其中软岩破碎率随刀间距的增加而增大,硬岩破碎率则在刀间距为100 mm时达到最大值10.5%。上述结果表明,在复合地层中,岩性对于TBM岩机安全及破岩效果的影响要大于滚刀间距,研究成果可以反映复合地层滚刀破岩规律。     

盾构掘进机主要技术参数的计算分析

盾构机的选型及配置是隧道盾构施工中的关键环节，应根据工程地质水文情况、工期、经济性、环境保护、安全可靠等各种因素综合考虑。选择合适的盾构机型后，为确保其性能满足工程施工的要求，需要对盾构机的装备推力、刀盘转矩、驱动功率、掘进速度等关键参数进行复核计算，保证盾构机性能可靠，满足施工要求。     

全断面岩石掘进机平面刀盘过渡区刀具磨损研究

在分析TBM刀具位移的基础上,提出了刀具的侧滑磨损系数、侵深磨损系数和滚动磨损系数,并根据工程记录数据进行了求解分析,得出侧滑是引起TBM边刀磨损的主要因素,其次是侵深和滚动的结论。从而为盘形滚刀的理论研究、设计制造和正确使用提出了理论和实验依据。