国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

金川三礦區(qū)東部貧礦現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)量及應(yīng)力分析

2020-12-29 02:45劉衛(wèi)東李金鑫張盛友
礦冶 2020年5期
關(guān)鍵詞:金川主應(yīng)力測(cè)點(diǎn)

劉衛(wèi)東 李金鑫 孫 偉 張盛友

(1.金川集團(tuán)股份有限公司三礦區(qū),甘肅 金昌 737103;2.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院,昆明 650093;3.云南省中-德藍(lán)色礦山與特殊地下空間開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,昆明 650093)

由于地球億萬年以來的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),造成了地應(yīng)力的復(fù)雜性和方向性[1]。在礦山設(shè)計(jì)中,地應(yīng)力的大小和方向是巷道斷面優(yōu)化、采區(qū)巷道的合理布置、巷道的支護(hù)方法和支護(hù)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。目前針對(duì)三維地應(yīng)力的測(cè)量方法已經(jīng)有很多種??导t普等[2]系統(tǒng)分析了水壓致裂法的測(cè)量過程,認(rèn)為水壓致裂法要強(qiáng)于空心包體應(yīng)力計(jì)法,測(cè)量精度高且無需套芯解除等復(fù)雜工序。馬春德等[3]研究分析了巖石試件在多級(jí)循環(huán)加載方式的作用下聲發(fā)射信號(hào)激發(fā)的特性和規(guī)律。找到了準(zhǔn)確獲取地應(yīng)力特征點(diǎn)的有效方法和波形處理技術(shù),大大提高了試驗(yàn)的可靠性。隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,準(zhǔn)確測(cè)量地應(yīng)力的方法會(huì)越來越多,在目前的地應(yīng)力測(cè)量方法中,空心包體應(yīng)力解除法是一種可以應(yīng)用于礦山三維地應(yīng)力測(cè)量的技術(shù),它具有測(cè)量效果好、精度高、施工較為容易、工程量小等優(yōu)點(diǎn),在許多地下工程研究中得到了廣泛的應(yīng)用。李金奎等[4]應(yīng)用空心包體三軸應(yīng)力計(jì)對(duì)山東鄆城煤礦進(jìn)行測(cè)量,通過地應(yīng)力的測(cè)量了解了鄆城煤礦一采區(qū)的圍巖應(yīng)力狀態(tài),為以后一采區(qū)的巷道設(shè)計(jì)、施工、以及防止圍巖的大變形提供了科學(xué)有效的地質(zhì)資料。白金朋等[5]詳細(xì)介紹了深孔空心包體地應(yīng)力測(cè)量儀的組成結(jié)構(gòu)和測(cè)量方法,并經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明該儀器對(duì)深孔三維地應(yīng)力的測(cè)量是適用的。孫林等[6]采用KX-81型空心包體三軸應(yīng)力計(jì)對(duì)金川礦區(qū)龍首礦西二采區(qū)地應(yīng)力進(jìn)行了前期測(cè)量,了解了西二采區(qū)的應(yīng)力狀態(tài),為以后巷道的設(shè)計(jì)及支護(hù)提供了有效的地質(zhì)資料。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

金川公司經(jīng)過幾十年的開采形成了龍首礦、二礦等主力礦井,近些年來龍首礦及二礦資源逐漸枯竭。憑借金川礦開采技術(shù)水平以及選冶回收率的提高,2004年4月F17斷層以東的三礦區(qū)東部貧礦建成投產(chǎn)[7],是目前三礦區(qū)的主力采區(qū),主要開采F17斷層以東1 200 m水平以下的礦體,首采分層標(biāo)高為1 182.5 m,2017年已開采至1 130 m水平。金川三礦區(qū)東部貧礦開采工程于2018年7月開始試生產(chǎn),主要開采F17斷層以東1 200 m水平以上的礦體,采用雙中段同時(shí)開采,分別為1 250 m和1 350 m兩個(gè)中段,首采分段分別為1 330 m和1 438 m。由于金川礦區(qū)的工程存在地質(zhì)條件較為復(fù)雜、礦巖破碎軟弱、高地應(yīng)力等特點(diǎn),屬于極難開采礦井[8],所以為了保證三礦區(qū)東部貧礦的巷道設(shè)計(jì)、巷道開挖及支護(hù)能夠順利進(jìn)行,采用空心包體應(yīng)力解除法測(cè)量1 200~1 450 m水平的地應(yīng)力大小及方向,獲得三礦區(qū)東部貧礦不同深度、不同部位的地應(yīng)力狀態(tài),為三礦區(qū)東部貧礦的開采和巷道布置提供有效的科學(xué)依據(jù)。

2 地應(yīng)力測(cè)量

2.1 測(cè)點(diǎn)的布置

為在三礦區(qū)東部貧礦開展地應(yīng)力測(cè)量,經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)踏勘,綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)巖石條件、施工條件,以不影響生產(chǎn)和探礦工作為原則,選擇布設(shè)地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。在金川三礦區(qū)東部貧礦1 200 m水平完成了7個(gè)測(cè)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)勘探選點(diǎn)工作,如圖1所示。在1 250 m水平、1 330 m水平、1 450 m水平共完成6個(gè)測(cè)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)勘探選點(diǎn)工作。

圖1 東部貧礦1 200 m水平地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution of stress measuring points in 1 200 m horizontal middle section of east lean ore

2.2 測(cè)量過程

使用空心包體三軸應(yīng)力計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)量,大致分為以下幾個(gè)階段,如圖2所示。

圖2 空心包體式三軸應(yīng)力計(jì)安裝過程Fig.2 Installation process of hollow inclusion triaxial strain gauge

1)開孔:經(jīng)過測(cè)量在已經(jīng)選好進(jìn)行打孔的點(diǎn)上鑿出5~10 mm深的鉆孔,用來防止鉆頭在鉆孔的過程中發(fā)生偏離。

2)鉆大孔:沿著第一步為確定開口方向所鑿出的鉆孔,使用直徑為130 mm的鉆孔穿過擾動(dòng)松動(dòng)區(qū)和巖石破碎區(qū),鉆孔微微向上傾斜3°~5°,以便于利用水循環(huán)沖洗鉆孔的巖屑時(shí),使巖屑順著鉆孔流出來。

3)磨平大孔孔底,以便于打居中喇叭孔。

4)打喇叭孔:用錐形鉆頭在磨平的大孔底部,打磨出一個(gè)類似于喇叭形狀的凹槽,打磨出的凹槽可以為接下來打磨小孔起到導(dǎo)向的作用。以確保下一步需要打磨的小孔能夠與大孔同心同軸。

5)使用直徑為36 mm的鉆頭鉆測(cè)量小孔并連接導(dǎo)正器,順著喇叭孔的方向按設(shè)計(jì)尺寸成孔(打小孔期間要嚴(yán)格控制住鉆機(jī)的壓力和水循環(huán)并且一定要保證鉆孔的垂直度、光滑度、干凈程度等,能夠滿足質(zhì)量要求),確保能夠取出盡量完整的小巖心,仔細(xì)分析小巖心的完整情況從而可以推斷出此處巖石的整體性。然后需要判斷是否安裝測(cè)量元件還是繼續(xù)鉆進(jìn)尋找完整的巖體。

6)安裝空心包體三軸應(yīng)力計(jì):安裝之前需要進(jìn)行洗孔,鉆好小孔后,先用水把孔內(nèi)的石屑和碎渣清理干凈。隨后用丙酮或酒精反復(fù)沖洗小孔,直到?jīng)]有明顯的巖屑或巖粉時(shí)方可安裝,安裝過程中首先用酒精或丙酮反復(fù)擦洗原件表面保證清潔。用環(huán)氧樹膠和固化劑按一定比例配置好粘結(jié)劑,靜置2~3 min,讓氣泡消一消。隨后安裝連接桿,一般需要比預(yù)計(jì)元件安裝深度長1 m左右,準(zhǔn)確的連接好導(dǎo)正器、定向儀還有卡槽器,將靜置后沒有氣泡的粘結(jié)劑倒入空心包體元件的內(nèi)腔,用固定鞘固定柱塞并將其安裝到卡槽里,緩慢地放入孔內(nèi),一旦卡槽到達(dá)預(yù)定深度時(shí),用力推斷(可用錘砸)固定鞘,緩慢推進(jìn)至孔底,直到將膠完全擠出,記錄各應(yīng)變片的位置讀數(shù)。安放后的效果圖見圖3。

圖3 空心包體元件鉆孔安裝圖Fig.3 Drilling and installation diagram of hollow inclusion element

7)套心解除前須取出安裝桿和定向儀,待應(yīng)變片穩(wěn)定后,開始讀取應(yīng)變片的位置讀數(shù)。將采集儀器與原件電纜的各個(gè)接線點(diǎn)連接到一起,將儀器調(diào)試至平衡,在解除套心之前先用水沖洗鉆孔保證巖石溫度和循環(huán)水溫度相同,直到各應(yīng)變片的讀數(shù)穩(wěn)定后開鉆取心,套心過程中,注意觀察各應(yīng)變片隨進(jìn)尺深度的變化而發(fā)生的變化,每進(jìn)尺3 cm讀一次數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)穩(wěn)定后套心結(jié)束,停止鉆進(jìn)。

8)取心:試驗(yàn)結(jié)束后,把巖心與巖石相連接的部位用已制備好的扁鏟鏟斷,然后取出帶有應(yīng)力計(jì)元件的巖心。

9)標(biāo)定:將取出帶有元件的巖心放置到圍壓率定器中進(jìn)行標(biāo)定,使用油泵通過圍壓器給巖心施加均勻圍壓,根據(jù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出巖心的彈性模量及泊松比,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù),驗(yàn)證原件的準(zhǔn)確度和可靠性。

3 測(cè)量數(shù)據(jù)

3.1 圍巖率定曲線分析

分析以上13個(gè)測(cè)點(diǎn)的解除曲線,可以看出曲線的變化存在一定的規(guī)律,應(yīng)力解除前曲線的變化比較平穩(wěn),應(yīng)力解除過程中隨著鉆頭不斷接近應(yīng)變片,曲線開始發(fā)生變化,當(dāng)鉆頭繼續(xù)向下鉆進(jìn)超過應(yīng)變片的位置時(shí),不再對(duì)應(yīng)變片產(chǎn)生影響,曲線又逐漸恢復(fù)平穩(wěn),通過解除曲線的變化情況,能夠看出應(yīng)變片處于正常的工作狀態(tài)。

為了防止巖心失水,影響實(shí)驗(yàn)效果,解除實(shí)驗(yàn)結(jié)束后馬上進(jìn)行圍壓率定實(shí)驗(yàn),由于篇幅問題只選1450-1行測(cè)點(diǎn)(如圖4所示)。觀察圍壓率定曲線,可以看出曲線的變化存在一定的規(guī)律,證明巖心的完整性很好,應(yīng)變片處于正常的工作狀態(tài),當(dāng)壓力為零時(shí),有輕微的殘余應(yīng)力存在,證明應(yīng)力計(jì)與巖心耦合狀態(tài)穩(wěn)定。曲線線性特征比較明顯,證明測(cè)量設(shè)備工作狀態(tài)穩(wěn)定,數(shù)據(jù)可靠,可信度高。

圖4 1450-1行測(cè)點(diǎn)應(yīng)力解除曲線及測(cè)點(diǎn)率定曲線Fig.4 1450-1 stress relief curve and calibration curve of measuring points

3.2 應(yīng)力橢圓分析

由圖5可直觀地看出該測(cè)點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的理想程度,如果應(yīng)力橢圓越接近圓形、越對(duì)稱,說明該測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)越理想。如果在該測(cè)點(diǎn)附近區(qū)域進(jìn)行巷道掘進(jìn),有利于掘進(jìn)后巷道的施工及支護(hù)[9]。一般情況下,越趨近于圓形的那個(gè)截面,即代表該截面上的受力是最均勻的,由于圍巖受力均勻可以有效地減少巷道的大變形。所以若把該截面的法線方向用作巷道的軸線方向,則該方向就是巷道設(shè)計(jì)、掘進(jìn)以及支護(hù)的最佳選擇。

圖5 1 200 m水平47行測(cè)點(diǎn)不同法線方向各截面應(yīng)力橢圓Fig.5 Stress ellipse of each section in different normal directions of horizontal 47 measuring points at 1 200 m

1 200 m水平47行測(cè)點(diǎn)不同法線方向各截面應(yīng)力橢圓,從整體看變化很大,說明該測(cè)點(diǎn)受力狀態(tài)不是特別理想,應(yīng)力大小和方向變化比較明顯。巷道周邊受力比較復(fù)雜,不均勻,穩(wěn)定性隨走向變化十分明顯,說明該測(cè)點(diǎn)附近區(qū)域的工程地質(zhì)條件不好。最大主應(yīng)力值與最小主應(yīng)力值相差不大,存在一定的剪應(yīng)力,水平方向不穩(wěn)定。

從表1可以看出1、2、5、6測(cè)點(diǎn),應(yīng)力橢圓的大小和方向變化較大,代表該處測(cè)點(diǎn)的受力狀態(tài)不理想,巷道周邊受力不均勻剪切應(yīng)力大,容易發(fā)生剪切破壞,最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力差值較大,巖體的整體性不好。在這些測(cè)點(diǎn)所在區(qū)域,必須加強(qiáng)巷道支護(hù),防止巷道大變形。3、4測(cè)點(diǎn)應(yīng)力橢圓變化不大,說明該處測(cè)點(diǎn)受力狀態(tài)相對(duì)均勻,最大主應(yīng)力值與最小主應(yīng)力值相差不大,巖體均勻性較好。對(duì)于3測(cè)點(diǎn)因?yàn)镹70°E-N70°W應(yīng)力橢圓最為理想,所以可以考慮在法線方向?yàn)镹70°E-N70°W作為選擇巷道走向的依據(jù)。4測(cè)點(diǎn)可以考慮在WE-N50°W作為選擇巷道走向的依據(jù)。

表1 各水平各測(cè)點(diǎn)不同法線方向各截面應(yīng)力橢圓Table 1 Stress ellipse of each section in different normal direction of each horizontal measuring point

3.3 測(cè)量結(jié)果及分析

在獲取地應(yīng)力解除測(cè)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)帶測(cè)量元件的巖心進(jìn)行圍壓率定實(shí)驗(yàn),獲取必要的巖石力學(xué)參數(shù),進(jìn)行綜合計(jì)算分析,獲得金川三礦區(qū)東部貧礦1 200 m、1 250 m、1 330 m、1 450 m四個(gè)水平中段13個(gè)測(cè)點(diǎn)的三個(gè)主應(yīng)力大小、方向及傾角(詳見表2、表3)。本次測(cè)量所取得的13個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)大部分都具有比較典型的規(guī)律,表明各應(yīng)變片在試驗(yàn)中的工作狀態(tài)良好。利用最小二乘法原理對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,可以得到具有最大可信度的測(cè)量結(jié)果[10]。

表2 1 200 m水平應(yīng)力測(cè)量結(jié)果Table 2 1 200 m stress measurement results

表3 1 250~1 450 m水平地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果Table 3 Results of in-situ stress measurement from 1 250 m to 1 450 m

4 結(jié)果分析

由表2可知,1 200 m水平7個(gè)測(cè)點(diǎn)的最大主應(yīng)力值比較接近,為 17.3~21.1 MPa,屬于中等應(yīng)力水平,中間主應(yīng)力值為 1.7~15.2 MPa,最小主應(yīng)力值為-2~14.1 MPa;最大主應(yīng)力的方向?yàn)镹NW—NNE和NE—WE兩組,最大主應(yīng)力方向差別較大;最大主應(yīng)力傾角0°~-49°,說明礦山深部的應(yīng)力作用方式已經(jīng)發(fā)生變化,水平應(yīng)力主導(dǎo)現(xiàn)象不明顯;另外,三個(gè)主應(yīng)力之間的最大差值在4.8~15.6 MPa,三個(gè)主應(yīng)力差值較大,說明具有較高的剪切應(yīng)力。三礦區(qū)東部貧礦1 200 m水平44行測(cè)點(diǎn)的三個(gè)主應(yīng)力值相差很大,這可能是由于該測(cè)點(diǎn)附近區(qū)域巷道開挖較為密集對(duì)礦山巖體的擾動(dòng)較大,使巖體產(chǎn)生了應(yīng)力釋放。

由表3可知,1 250 m水平測(cè)點(diǎn)最大主應(yīng)力值為18.6 MPa,最大主應(yīng)力方向?yàn)镹NE,最大主應(yīng)力接近水平,三個(gè)主應(yīng)力的最大差值為7.3 MPa;1 330 m水平第一個(gè)測(cè)點(diǎn)最大主應(yīng)力值為16.8 MPa,最大主應(yīng)力方向?yàn)镹NW,最大主應(yīng)力近水平,三個(gè)主應(yīng)力最大差值為10.6 MPa;1 330 m水平第二個(gè)測(cè)點(diǎn)最大主應(yīng)力值為16.1 MPa,最大主應(yīng)力方向?yàn)镹E,最大主應(yīng)力傾角為33°,三個(gè)主應(yīng)力相差不大;1 450 m水平第一個(gè)測(cè)點(diǎn)最大主應(yīng)力值為13.5 MPa,最大主應(yīng)力方向?yàn)镹E,最大主應(yīng)力傾角為42°,三個(gè)主應(yīng)力最大差值為6.2 MPa;1 450 m水平第二個(gè)測(cè)點(diǎn)最大主應(yīng)力值為13.0 MPa,最大主應(yīng)力方向?yàn)镹NW,最大主應(yīng)力傾角為26°,三個(gè)主應(yīng)力最大差值為9.2 MPa;1 450 m水平第三個(gè)測(cè)點(diǎn)最大主應(yīng)力為13.1 MPa,最大主應(yīng)力方向?yàn)榻麰W,最大主應(yīng)力傾角為-57°,三個(gè)主應(yīng)力最大差值為9.0 MPa。

從總體上看,三礦區(qū)東部貧礦1 200 m水平到1 450 m水平,最大主應(yīng)力值為13.0 ~21.1 MPa,最大主應(yīng)力方向在近南北、北東到近東西之間,三個(gè)主應(yīng)力差值較大(各測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力差值為3.7~15.6 MPa);1 200 m水平最大主應(yīng)力傾角達(dá)到-49°,傾角較大,水平應(yīng)力為主導(dǎo)的趨勢(shì)不明顯。1 250 m水平、1 330 m水平最大主應(yīng)力方向基本為近水平,顯示為水平應(yīng)力為主導(dǎo);1 450 m水平最大主應(yīng)力傾角達(dá)到-57°,傾角較大,水平應(yīng)力為主導(dǎo)的趨勢(shì)已不明顯。取而代之的是垂直應(yīng)力。

5 結(jié)論

本論文通過對(duì)金川三礦區(qū)東部貧礦1 200 m、1 250 m、1 330 m、1 450 m水平進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)量,通過分析計(jì)算得到如下結(jié)論:

1)金川三礦區(qū)東部貧礦1 200~1 450 m水平,最大主應(yīng)力值為13.0~21.1 MPa屬于中等應(yīng)力水平。

2)金川三礦區(qū)東部貧礦的最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力的差值較大說明存在較高的剪切應(yīng)力。

3)部分測(cè)點(diǎn)的最大水平主應(yīng)力傾角超過20°,說明金川三礦區(qū)東部貧礦的應(yīng)力作用方式已經(jīng)發(fā)生改變。

4)金川三礦區(qū)東部貧礦的地應(yīng)力十分復(fù)雜,地應(yīng)力的狀態(tài)發(fā)生改變。對(duì)于井下巷道的設(shè)計(jì)、施工都會(huì)帶來一定的困難,威脅井下生產(chǎn)工作人員的安全。所以在未來的開采中多進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量是非常有必要的。

猜你喜歡
金川主應(yīng)力測(cè)點(diǎn)
中主應(yīng)力對(duì)凍結(jié)黏土力學(xué)特性影響的試驗(yàn)與分析
臨興地區(qū)深部煤儲(chǔ)層地應(yīng)力場(chǎng)及其對(duì)壓裂縫形態(tài)的控制
論乾隆朝金川之戰(zhàn)的影子腔演述
基于MEEMD與相關(guān)分析的行星齒輪箱測(cè)點(diǎn)優(yōu)化*
基于CATIA的汽車測(cè)點(diǎn)批量開發(fā)的研究與應(yīng)用
綜放開采頂煤采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)演化路徑
書法篇
繪畫篇
基于小波包位移能量曲率差的隧道襯砌損傷識(shí)別
廣州市老城區(qū)夏季室外園林空間人體舒適度評(píng)價(jià)①
延吉市| 米泉市| 汾阳市| 方正县| 石柱| 美姑县| 绥滨县| 酒泉市| 商河县| 宜君县| 东辽县| 衡东县| 香港 | 西峡县| 温州市| 怀宁县| 寿光市| 宁化县| 望奎县| 昔阳县| 营口市| 五峰| 江川县| 鱼台县| 会同县| 北安市| 西和县| 铁力市| 万源市| 松阳县| 观塘区| 桐庐县| 乡城县| 霸州市| 衢州市| 若尔盖县| 苏尼特右旗| 崇义县| 黄冈市| 绥芬河市| 甘南县|