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深部硬岩开采岩爆倾向性分析与防治技术

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作者苗胜军 编著

出版社冶金工业出版社

ISBN9787502473594

出版时间2016-08

装帧平装

开本其他

定价54元

货号1201413456

上书时间2024-06-08

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商品描述
作者简介
苗胜军，1979年生，博士，北京科技大学土木工程系副教授。近年来，主持和参与973计划2项（负责973“青年科学家”项目1项），国家自然科学基金重大项目2项、面上项目2项，国家863计划2项，“十一五”国家科技支撑计划课题3项，“十五”国家科技攻关重大课题1项，博士点基金1项，中央高校基本科研业务费资助项目1项，横向研究课题10余项；出版教材1部；在靠前外重要学术期刊及靠前会议上发表学术论文60余篇。

目录
1绪论
1.1深部开采概述
1.1.1深部开采动力灾害
1.1.2深部开采的界定
1.1.3深部开采工程地质环境
1.2岩爆的分类及机理研究
1.3深部开采岩爆灾害研究趋势
2灵宝地区金矿深部硬岩开采工程地质环境
2.1灵宝地区金矿硬岩开采概况
2.2区域地质概况
2.2.1区域地质
2.2.2工程地质
2.2.3水文地质
2.2.4灵宝地区金矿开采技术条件及相应问题
2.3灵宝地区金矿主要围岩物理力学参数
3基于声发射特征的岩石损伤破坏规律研究
3.1实验概述
3.1.1声发射系统
3.1.2岩石试件的制备
3.1.3消噪措施
3.2声发射表征参数及分析
3.2.1声发射信号的表征参数
3.2.2声发射的Kaiser效应
3.3单调加载条件下岩石的声发射特征
3.3.1岩石单轴压缩的声发射特征
3.3.2固定围压下岩石加载的声发射特征
3.3.3单调加载条件下岩石的声发射能量五阶段规律
3.4周期加卸载作用下岩石的声发射特性
3.4.1单轴周期荷载作用下岩石的声发射特征
3.4.2不同围压、周期荷载作用下的岩石声发射特征
3.5不同荷载模式下岩石的损伤破坏规律
4岩石加卸载过程中的能量演化机制
4.1研究方法及岩石试样制备
4.2岩石单轴刚性循环加卸载压缩试验
4.2.1片麻岩单轴循环加卸载试验曲线
4.2.2辉绿岩单轴循环加卸载试验曲线
4.2.3花岗岩单轴循环加卸载试验曲线
4.2.4石英岩单轴循环加卸载试验曲线
4.3岩石刚性三轴压缩循环加卸载试验
4.3.1片麻岩三轴压缩循环加卸载试验曲线
4.3.2辉绿岩三轴压缩循环加卸载试验曲线
4.3.3花岗岩三轴压缩循环加卸载试验曲线
4.4单轴循环加卸载下岩石能量演化与分配规律
4.4.1单轴循环加卸载曲线及破坏形态
4.4.2单轴循环加卸载过程中的岩石能量演化规律
4.4.3单轴循环加卸载过程中的能量分配规律
4.5三轴循环加卸载下岩石能量演化及分配规律
4.5.1三轴循环加卸载曲线及破坏形态
4.5.2三轴循环加卸载过程中岩石的能量演化规律
4.5.3三轴循环加卸载过程中的能量分配规律
4.6岩石能量演化的围压效应
4.6.1岩石加卸载过程中的围压效应
4.6.2岩石卸围压试验及其应力-应变演化机制
5基于多种判据的岩爆倾向性分析
5.1岩爆等级划分
5.2岩爆倾向性的预测方法
5.2.1现场实测法
5.2.2数值模拟法
5.2.3理论分析法
5.3基于实验数据判据的深部岩体岩爆倾向性分析
5.3.1岩石强度脆性系数法
5.3.2冲击能系数判据
5.3.3线弹性能（We）判据
5.3.4岩性判别法
5.3.5临界深度
5.4基于地应力值判据的深部岩体岩爆倾向性分析
5.4.1硐室围岩最大主应力
5.4.2Russenses判据
5.4.3陶振宇判据
5.5适于灵宝地区金矿深部开采的岩爆倾向性评价指标
6灵宝地区金矿深部采场及井巷工程能量分布与岩爆预测
6.1FLAC3D有限元模拟软件
6.2灵宝地区金矿主要开采方法
6.2.1开采技术条件
6.2.2留矿全面法采矿方法
6.2.3全面法采矿方法
6.2.4浅孔留矿法采矿方法
6.2.5浅孔房柱法采矿方法
6.2.6削壁充填法采矿方法
6.3模拟开采方案与计算模型
6.3.1模拟开采方案
6.3.2力学参数
6.3.3边界条件
6.3.4强度准则
6.3.5数值计算模型
6.4全面法开采数值模拟
6.4.1应力分析
6.4.2位移分析
6.4.3能量分布与岩爆倾向分析
6.5房柱法开采数值模拟
6.5.1应力分析
6.5.2位移分析
6.5.3能量分布与岩爆倾向分析
6.6水平巷道开挖数值模拟
6.6.1模拟方案
6.6.2模拟结果
6.6.3应力分析
6.6.4位移分析
6.6.5能量分布与岩爆倾向分析
6.7竖井开挖稳定性模拟
6.7.1模拟方案
6.7.2结果分析
6.8岩爆倾向性说明
7岩爆灾害防控技术与措施
7.1岩爆的监测、预测及预警
7.1.1岩爆灾害前兆信息特征
7.1.2硬岩矿山深部开采岩爆监测、预测与预警
7.2基于能量孕育机制的岩爆防控措施研究
7.2.1基于能量角度的岩爆防控的总体思想
7.2.2减小能量集中法
7.2.3能量预释放、转移法
7.2.4能量吸收法
7.2.5深部硬岩开挖岩爆防治措施与管理规程
7.3一种深部硬岩环境开采岩爆防控措施的探讨
7.3.1酸性化学溶液作用下花岗岩力学特性与参数损伤效应
7.3.2酸性化学溶液作用下花岗岩损伤时效特征与机理
7.3.3深部硬岩环境开采预注化学溶液防控岩爆的探讨
参考文献

内容摘要
岩爆是地下工程活动中由高地应力知名品牌的一种动力灾害，给矿山深部开采带来巨大安全隐患。本书以河南灵宝地区金矿深部硬岩开采为背景，开展了岩爆倾向性分析及其防治技术的基础理论与实验研究。内容包括：深部开采岩爆灾害的研究概述，灵宝地区金矿深部硬岩开采工程地质环境，基于声发射特征的岩石损伤破坏规律，岩石加卸载过程中的能量演化机制，基于多种判据的岩爆倾向性分析，灵宝地区金矿深部采场及井巷工程能量分布与岩爆预测，以及岩爆灾害防控技术与措施。本书内容广泛、科学系统，理论联系实际，既注重新理论的总结与分析，又强调了新技术、新方法的推广和应用。
本书可供矿业工程、水利水电工程、安全工程、隧道工程等科研和工程技术人员阅读，也可供高等院校相关专业师生参考。

精彩内容
前言
经济高速持续发展与国家安全战略离不开能源和矿产资源的开发，随着资源需求量的增加，以及浅部资源的不断消耗，地下矿山陆续转入深部开采。深部开采工程岩体处于高应力、高井温、高岩溶水压和采矿扰动（即“三高一扰动”）的工程地质环境下，致灾机理复杂，采动灾害频发、突发。其中，岩爆作为采动灾害的一种剧烈表现形式，给矿山深部开采带来了巨大安全隐患。随着国内外矿山开采深度的不断加深，岩爆发生频率和强度也逐渐增大。但是，由于深部金属矿山开采所处的复杂地质力学环境，以及岩爆诱发因素的复杂性和岩爆发生的突然性及不确定性，目前对岩爆的发生机理、监测、预测及防控的基础理论研究还远远不足。
本书以河南灵宝地区金矿深部硬岩开采为背景，进行了岩爆倾向性分析及其防治技术的基础理论与实验研究，主要内容如下：
（1）首先介绍了深部开采动力灾害及其复杂的工程地质力学环境，叙述了岩爆的分类、机理及国内外理论和技术研究现状与趋势；然后以灵宝地区金矿深部硬岩开采为例，对其工程地质及水文地质环境进行了调研，并对该地区金矿主要围岩类型开展了各种岩石力学实验，获取了相应的物理力学参数。
（2）开展了单轴压缩、不同围压三轴压缩及单轴周期加卸载、不同围压周期加卸载作用下岩石的声发射试验，总结了不同荷载模式下岩石的声发射特征及岩石损伤破坏规律。基于岩石单轴和三轴刚性循环加卸载试验，分析了两种加卸载模式下岩石能量演化规律及分配规律，探讨了加卸载过程中岩石能量演化的围压效应以及卸围压试验下岩石的应力-应变演化机制。
（3）理论结合实际，提出了岩爆的发生需同时具备两个必要条件，一是岩体具备存储高应变能的能力，即岩爆发生时能形成较强的冲击破坏性，二是开挖等工程活动引起局部区域高应变能聚集，即具备岩爆发生所需能量环境。通过岩石强度脆性系数法、冲击能系数判据、线弹性能判据、岩性判别法、临界深度等多种岩爆预测判据准则，对灵宝地区金矿深部硬岩开采岩体储存高应变能的能力，即发生岩爆的倾向性，作出了定量的分析与评价。在此基础上，运用有限差分FLAC3D软件进行数值模拟，定量计算出深部开采引起的采场围岩能量聚集与分布状况以及随开采过程的变化规律，依据岩体中聚集能量的大小及其分布状况与发展规律，借助地震学的知识，对深部未来开采过程中可能诱发岩爆的时间、地点和级别作出了预测。
（4）针对金属矿山深部硬岩开采复杂的工程地质力学环境，提出了相适应的岩爆监测、预测及预警技术，并从能量角度出发提出了基于能量孕育机制的岩爆防控措施；本书最后基于大量实验测试成果，提出并探讨了一种适应于深部硬岩开采环境的岩爆防控措施。
本书为我国金属矿山深部的岩爆预控与安全开采积累了宝贵的经验，为有效解决类似条件矿山地压问题提供了示范作用。研究所取得的理论、方法与技术成果，完全可以推广应用于其他矿山，解决深部开采生产中的岩爆、矿震等技术难题，具有重大的学术价值。本书的研究成果已经在灵宝金源矿业股份有限公司得到应用，项目的实施为金源矿业股份有限公司深部安全开采提供了技术保障，具有重大的经济效益和社会效益。
本书的出版得到了国家自然科学基金（51574014）、国家重点基础研究发展计划（973计划）（2015CB060200）的资助；并得到了灵宝金源矿业股份有限公司晋建平总经理、李宗彦总工程师等的大力支持和帮助，在此表示衷心的感谢。本书参阅和借鉴了诸多专家的文献与研究成果，在此对这些文献的作者致以崇高的敬意。另外，感谢北京科技大学郭奇峰和黄正均老师，以及硕士研究生王子木、梁明纯、郝欣、张邓、白玉冰、王浩、刘亚运，他们参与了本书的实验、模拟、文献查询、绘图、文字编校等工作，付出了辛勤劳动。
由于作者水平有限，书中难免疏漏之处，敬请广大读者批评指正。

作者
2016年3月

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