大台煤矿深部原岩应力场及岩爆地质力学成因分析

摘要

大台矿-510水平运输巷埋深达1000m左右，在巷道掘进过程中发现一类岩石容易发生岩爆，而与其位置相近的另一类岩石却无明显的矿山动力显现特征。本文以上述工程为背景，以大台矿辉绿岩岩爆的地质力学成因作为研究的基本点，采用室内试验、现场测试、系统开发、理论计算相结合的研究方法，对大台矿岩爆的地质力学成因和深部水平防治岩爆巷道布置和支护对策进行系统研究。
　　采用空心包体应力解除法在大台矿完成地应力测量，现场测量表明：大台矿垂向应力约等于上覆岩层产生的重力，最大主应力的方位角为155°，其大小约为垂向应力的2倍，大台矿地应力场以构造应力为主导，测试结果基本与“中国大陆地壳构造应力环境基础数据库”中的数据相符。
　　基于遗传算法和FLAC3D，利用面向对象的C＃语言开发了GA-FLAC3D地应力反演系统。通过地应力测试得到的应力值和系统反演得到岩石力学参数，进行大台矿地应力场的反演研究。利用反演得到的岩层力学参数，得到-610水平地应力场分布情况：水平应力变化较小，离粉砂岩和砂岩越远的地方，垂直应力越大。-610水平巷道的布置层位在靠近粉砂岩和砂岩互层的位置更为合理。
　　通过岩石力学实验，从冲击能量指数、岩石冲击倾向性两方面对辉绿岩岩爆危险程度做出评价；利用微观结构和能谱分析，从岩石成分和经历的地质作用揭示辉绿岩发生岩爆的原因；从地应力、开采深度、地质构造三方面预测岩爆发生区域。从减小单一顶板厚度、围岩加固、改善围岩应力条件等方面提出大台矿-610水平巷道防治岩爆布置及支护对策。

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1 绪 论

1.1 课题的提出

1.2 课题研究的国内外现状

1.3 研究的主要内容及技术路线

2 大台矿-510水平运输巷地应力测试

2.1 概述

2.2 空心包体应变计地应力测量原理与方法

2.3 大台矿地应力现场测量

2.4 本章小结

3 GA-FLAC3D地应力场反演系统研发及应用

3.1 FLAC3D计算原理

3.2 遗传算法的基本原理

3.3 GA-FLAC3D系统的研发

3.4 GA-FLAC3D系统在大台矿地应力场反演中的应用

3.5 本章小结

4 大台矿-510水平辉绿岩岩爆地质力学成因

4.1 辉绿岩岩石力学试验

4.2 辉绿岩微观结构及能谱分析

4.3 大台矿深部岩爆成因浅析

4.4 大台矿-610水平巷道防治岩爆布置层位及支护对策

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 主要创新点

5.3 不足与展望

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献