深部巖體力學(xué)與開采理論

目錄
序
第1章 深部巖體原位力學(xué)行為研究 1
1.1 深部原位應(yīng)力恢復(fù)實驗的理論和方法 1
1.1.1 深部原位應(yīng)力恢復(fù)實驗方法和恢復(fù)準(zhǔn)則 1
1.1.2 深部常規(guī)力學(xué)行為與原位恢復(fù)力學(xué)行為對比 4
1.2 不同賦存深度巖石力學(xué)行為特征與非常規(guī)本構(gòu)行為 6
1.2.1 不同賦存深度巖石常規(guī)力學(xué)行為的差異性 6
1.2.2 不同賦存深度巖石原位應(yīng)力恢復(fù)力學(xué)行為的差異性 22
1.2.3 不同賦存深度常規(guī)力學(xué)行為與原位恢復(fù)力學(xué)行為對比 26
1.2.4 深部巖石的非常規(guī)本構(gòu)力學(xué)行為及模型 28
1.3 不同賦存深度煤巖采動力學(xué)行為研究 34
1.3.1 不同賦存深度煤巖采動應(yīng)力環(huán)境演化規(guī)律 35
1.3.2 不同賦存深度煤巖采動應(yīng)力環(huán)境試驗?zāi)M方法 39
1.3.3 不同賦存深度煤巖采動力學(xué)行為 40
1.3.4 不同賦存深度煤巖采動裂隙網(wǎng)絡(luò)空間分布特征 47
1.3.5 不同賦存深度考慮采動與未考慮采動的結(jié)果對比分析 53
參考文獻 55
第2章 深部圍巖長期穩(wěn)定性分析與控制 57
2.1 深部圍巖流變力學(xué)行為及分?jǐn)?shù)階蠕變模型 57
2.1.1 錦屏深部大理巖基礎(chǔ)力學(xué)特性 57
2.1.2 不同圍壓下深部大理巖蠕變力學(xué)特性 72
2.1.3 錦屏大理巖分?jǐn)?shù)階蠕變模型研究 76
2.2 不同深度賦存環(huán)境巖體動態(tài)力學(xué)特性 81
2.2.1 不同賦存深度錦屏大理巖應(yīng)力波傳播規(guī)律研究 81
2.2.2 錦屏大理巖HJC動態(tài)損傷本構(gòu)模型參數(shù)研究 85
2.2.3 不同深度賦存環(huán)境錦屏大理巖動態(tài)力學(xué)響應(yīng)模擬 97
2.3 不同尺度震源信息解譯與圍巖破裂特征 108
2.3.1 室內(nèi)尺度巖石破壞聲發(fā)射的主頻統(tǒng)計方法 108
2.3.2 不同條件下巖石破裂主頻與機制 112
2.3.3 工程尺度震源信息解譯與圍巖破裂特征 120
2.3.4 深部圍巖破裂機制研究 127
2.4 深部圍巖長期穩(wěn)定性分析與安全評價 131
2.4.1 深部圍巖工程安全原位綜合監(jiān)測與分析 131
2.4.2 深部圍巖爆破卸壓地應(yīng)力快速釋放的強巖爆防治方法與效果評價研究 140
2.4.3 考慮不確定性的深部隧道穩(wěn)定性評價與優(yōu)化設(shè)計方法 151
參考文獻 158
第3章 深部地應(yīng)力環(huán)境與災(zāi)害動力學(xué) 162
3.1 考慮深部巖體非線性特征的地應(yīng)力測量方法 162
3.1.1 傳統(tǒng)地應(yīng)力測量方法在深地工程應(yīng)用中的不足 162
3.1.2 基于完全溫度補償原理的本地數(shù)字化空心包體研發(fā) 163
3.1.3 考慮深部應(yīng)力特征的空心包體地應(yīng)力測量試驗標(biāo)定技術(shù) 167
3.1.4 考慮巖體非線彈性特征的空心包體應(yīng)變計地應(yīng)力測量數(shù)據(jù)分析方法 168
3.2 深部礦區(qū)地應(yīng)力場反演算法與重構(gòu)模型 174
3.2.1 地應(yīng)力場反演重構(gòu)研究現(xiàn)狀 175
3.2.2 小樣本數(shù)據(jù)下的地應(yīng)力場反演 175
3.2.3 考慮非線性特征的巖體地應(yīng)力場重構(gòu) 180
3.3 深部高地應(yīng)力場與能量場的轉(zhuǎn)化 184
3.3.1 深部巖體能量基礎(chǔ)理論 185
3.3.2 深部巖體儲能機制研究 186
3.3.3 高圍壓巖巖石破碎耗能機制研究 194
3.3.4 深部花崗巖摩擦耗能特性研究 196
3.4 深部開采動力災(zāi)害防控體系 201
3.4.1 深部巖爆災(zāi)害的研究現(xiàn)狀 201
3.4.2 深部地應(yīng)力測量研究 202
3.4.3 深部巖體擾動力的長期監(jiān)測 204
3.4.4 基于能量理論的巖爆傾向性預(yù)測 210
3.4.5 能量均勻化理念初探 212
參考文獻 213
第4章 深部煤巖體強擾動和強時效下多場多相滲流理論 216
4.1 深部開采強擾動、強時效的分析模型 216
4.1.1 深部開采中的強擾動特征及含義 216
4.1.2 強擾動的判別準(zhǔn)則 219
4.1.3 深部開采中的強時效含義 228
4.1.4 強時效的判別準(zhǔn)則 229
4.2 深部多相多場條件下采動煤巖體損傷力學(xué)研究 234
4.2.1 深部采動力學(xué)條件下煤巖體的損傷變量定義 234
4.2.2 深部煤巖體單軸壓縮條件下的裂隙損傷演化特征 235
4.2.3 三軸循環(huán)加卸載條件下的煤巖體損傷演化特征 238
4.3 深部煤體的孔隙-裂隙網(wǎng)絡(luò)演化行為研究 244
4.3.1 深部煤巖體孔裂隙結(jié)構(gòu)特征 244
4.3.2 單軸壓縮條件下深部煤巖體孔裂隙網(wǎng)絡(luò)演化規(guī)律 255
4.3.3 不同測量精度下孔裂隙網(wǎng)絡(luò)演化規(guī)律研究 260
4.3.4 三軸壓縮條件下裂隙損傷演化規(guī)律的數(shù)值模擬 267
4.3.5 三軸循環(huán)加卸載滲流條件下的裂隙損傷特征及演化規(guī)律 274
4.4 深部煤巖氣液兩相介質(zhì)耦合滲流模型研究 282
4.4.1 多物理場耦合作用下各向同性深部煤巖體滲透率模型 282
4.4.2 多場耦合下考慮損傷的各向異性深部煤巖體滲透率模型 301
4.4.3 深部擾動煤體蠕變-滲透率模型 313
4.4.4 低滲煤巖分形孔隙結(jié)構(gòu)的氣液兩相流理論 323
4.5 深部煤巖非達西滲流模型研究 331
4.5.1 多孔介質(zhì)中的高速非達西滲流分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)模型 331
4.5.2 多孔介質(zhì)中的低速非達西滲流分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)模型 336
參考文獻 343
第5章 深部采動應(yīng)力場-能量場分析、模擬與可視化 350
5.1 巖體復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分形重構(gòu)及可視化模型 351
5.1.1 深部巖體大尺寸三維孔隙結(jié)構(gòu)的多線程并行分形重構(gòu)算法 351
5.1.2 深部巖體復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)巖石三維重構(gòu)優(yōu)化算法 355
5.1.3 巖體復(fù)雜三維孔/裂隙網(wǎng)絡(luò)的分形表征方法 355
5.1.4 深部巖石微觀孔/裂隙結(jié)構(gòu)三維重構(gòu)模型 359
5.1.5 采動應(yīng)力下煤巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)演化規(guī)律的CT實時掃描 361
5.2 應(yīng)力透明化材料的物理力學(xué)性能研究 364
5.2.1 深部巖體應(yīng)力可視化材料的物理力學(xué)性質(zhì) 364
5.2.2 應(yīng)力可視化材料的不完全凍結(jié)法和脆性研究 366
5.2.3 應(yīng)力可視化材料的三維應(yīng)力場提取方法 368
5.2.4 采動條件下復(fù)雜巖體全應(yīng)力場及演化特征的可視化定量表征方法 369
5.3 巖體介質(zhì)與巖體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場、能量場及災(zāi)變特征的可視化分析 375
5.3.1 真三軸三維應(yīng)力場凍結(jié)實驗系統(tǒng) 375
5.3.2 含顆粒非均質(zhì)巖體三維應(yīng)力場的可視化分析 376
5.3.3 采動條件下深部巖石復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)三維應(yīng)力場的定量可視化 376
5.3.4 采動條件下深部巖體裂紋動態(tài)擴展尖端應(yīng)力場可視化 383
5.3.5 深部煤層采動應(yīng)力場演化及災(zāi)變特征的透明演化研究 386
5.4 巖體介質(zhì)與巖體結(jié)構(gòu)的裂隙場-滲流場的可視化分析 389
5.4.1 深部巖體孔隙結(jié)構(gòu)多相流的可視化方法 389
5.4.2 巖石復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)的自滲吸行為研究 390
5.4.3 深部巖石孔隙結(jié)構(gòu)分叉狀基本單元內(nèi)自滲吸行為研究 392
5.4.4 深部巖石非均質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)中非混相的驅(qū)替過程可視化表征：多組分格子玻爾茲曼并行模擬研究和基于3D打印技術(shù)的實驗驗證 396
5.4.5 煤巖粗糙裂隙場滲透率的分形評估方法 396
5.4.6 采動條件下加載方式和加載階段對煤巖裂隙場演化及瓦斯?jié)B流特征的影響 400
5.4.7 深部巖石粗糙裂隙場流體的非達西流動行為 403
5.4.8 深部巖石單裂隙分形表面結(jié)構(gòu)與界面動態(tài)流速關(guān)系模型 405
5.5 深部煤巖體損傷破壞與能量演化規(guī)律 409
5.5.1 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)巖石損傷破壞與能量破壞準(zhǔn)則 409
5.5.2 深部煤巖大變形本構(gòu)方程及能量演化規(guī)律 413
5.5.3 高溫環(huán)境下巖石能量演化規(guī)律與破碎特征 417
5.5.4 液氮低溫作用下煤巖能量演化規(guī)律與破壞特征 420
參考文獻 425
第6章 深部高應(yīng)力誘導(dǎo)與能量調(diào)控理論 429
6.1 深部硬巖卸荷與動力擾動下力學(xué)與能耗特性 429
6.1.1 不同應(yīng)力路徑下花崗巖三軸加卸載力學(xué)響應(yīng)及其破壞特征 429
6.1.2 基于不同三軸加卸荷路徑下硬巖的能量演化特征研究 431
6.1.3 深部硬巖真三軸卸荷破壞試驗、理論及數(shù)值模擬研究 434
6.1.4 應(yīng)力調(diào)整擾動下高應(yīng)力硬巖巷道非常規(guī)破壞的室內(nèi)試驗?zāi)M 441
6.2 深部近采場區(qū)域微震監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng) 445
6.2.1 微震監(jiān)測系統(tǒng)平臺構(gòu)建 446
6.2.2 微震震源定位新方法的研究 451
6.2.3 硬巖礦山微震震源波速場成像 457
6.2.4 微震作用下硬巖礦山災(zāi)害預(yù)警與防控 460
6.3 深部硬巖高應(yīng)力與爆破耦合精細(xì)破巖理論 463
6.3.1 高應(yīng)力下硬巖電爆破超動態(tài)過程綜合實驗平臺的研制 463
6.3.2 高靜應(yīng)力與爆破動應(yīng)力耦合破巖機理室內(nèi)試驗研究 466
6.3.3 深部礦巖高應(yīng)變能可利用性以及爆破效果評價方法 471
6.4 深部硬巖非爆連續(xù)開采理論與技術(shù) 479
6.4.1 基于裂紋擴展模型的深部硐室圍巖致裂規(guī)律研究 479
6.4.2 深部硬巖礦床連續(xù)開采深度判別 487
6.4.3 誘導(dǎo)致裂非爆連續(xù)開采的機具破巖特性實驗研究 498
6.4.4 高應(yīng)力硬巖非爆連續(xù)開采現(xiàn)場試驗研究 513
參考文獻 521
第7章 深部采動巖體變形監(jiān)測預(yù)警與控制 524
7.1 背景 524
7.2 深部巖體變形的監(jiān)測技術(shù)與演化特征 525
7.2.1 深部巖體變形的立體監(jiān)測方法 525
7.2.2 金川二礦深部巷道變形時空演化 530
7.2.3 深部巷道內(nèi)部變形與開裂演化 536
7.3 深部硬巖破裂機制與分析理論 541
7.3.1 深部硬巖破裂機制真三軸試驗分析 541
7.3.2 破裂巖體的變形張量理論 545
7.3.3 高應(yīng)力下硬巖破裂的裂紋尖端理論模型 550
7.3.4 硬巖連續(xù)-非連續(xù)變形分析物質(zhì)點法 558
7.4 深部工程大變形的安全預(yù)警與優(yōu)化控制技術(shù) 563
7.4.1 深部巷道大變形分級預(yù)警方法 563
7.4.2 金川二礦深部巷道大變形預(yù)警管理標(biāo)準(zhǔn)及其實例分析 565
7.4.3 金川鎳礦深部巷道大變形支護控制實踐 566
參考文獻 568
第8章 深部煤礦安全綠色開采方法與技術(shù)研究 570
8.1 深部煤炭安全綠色開采及“高保低損模式”研究 570
8.1.1 深部開采界定 570
8.1.2 安全綠色開采定量評價 583
8.1.3 深部安全綠色開采“高保低損”模式探討 590
8.2 深部采動煤巖體多尺度破壞機理及演化規(guī)律 595
8.2.1 深部采動煤巖體復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)表征與力學(xué)特性多尺度效應(yīng) 595
8.2.2 開采擾動下煤巖破裂、失穩(wěn)的能量機制與判別準(zhǔn)則 601
8.2.3 煤巖失穩(wěn)的率響應(yīng)機制和觸發(fā)條件 608
8.2.4 煤巖體失穩(wěn)破壞多因素協(xié)同作用力學(xué)模型和損傷驅(qū)動機制 613
8.3 深部采動含瓦斯煤體力學(xué)-滲流響應(yīng)規(guī)律與增滲關(guān)鍵技術(shù) 616
8.3.1 煤體孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù) 616
8.