广西某矿特大采空区稳定性的监测

介绍了岩体声发射技术及应力、位移观测在广西某矿山特大采空区稳定性监测中的应用情况,分析了岩体失稳前后声发射信号的一些变化,对矿山采空区稳定性监测预报作了初步的探讨。     

矿井微震Z值同应力和声发射的耦合关系

华亭煤业砚北煤矿由于采深较大,冲击矿压发生的频率很高。近年来开始使用SOS微震监测系统、CRMS应力在线监测系统以及声发射系统对冲击矿压进行监测和预报。通过分析砚北矿250204工作面微震活动、应力以及声发射的原始记录数据,研究了开采过程中几次典型冲击下三者之间的耦合关系,进而根据三者数据之间的曲线图趋势,提出了几种可行的耦合模式。特别是使用了微震分析指标Z-MAP统计值作为一个参量来进行分析,更加直观地反映了微震发生的概率大小,同应力和声发射数据有着很好的对应关系,从而为砚北煤矿的矿压观测提供了更好的理论依据。     

冲击地压事件AE与压力耦合前兆特征分析

以华亭矿区砚北煤矿为背景,对开采过程中冲击地压事件的声发射(AE)与压力前兆特征进行了分析.分析结果表明:在冲击地压发生前,冲击地压“源”处的岩体内部声发射和压力呈现出一定的相关变化规律,即表现出明显的前兆特征和相互耦合模式:“升压平静—降压活跃”模式,即压力变化整体趋势为上升时,声发射进入平静期,当压力变化整体趋势为下降时,声发射表现活跃;“升压降压平静”模式,即当压力上升和下降期间,声发射均处于平静期.这种特征和模式可以作为冲击地压事件预测的判别依据.     

某深井矿山地压灾害综合监测技术研究

以某深井矿山为研究对象,采用微震监测、压力-位移监测等多种手段对其开采过程中的动力灾害进行联合监测。通过对一定区域内微震信息的定量化处理及时间序列分析,探讨了岩体不同破坏阶段微地震活动的变化特征,同时结合局部工程的"应力-位移"监测信息,得到了由微震活动及压力耦合关系评价岩体稳定性的四种判别模式,建立了利用该方法预测采动灾害的一般流程。应用实践表明:该"判别模式"综合考虑了岩体破坏过程中的多元信息,避免了单种监测手段的局限性和偶然性,有效提高了采动灾害的预警精度。     

某地下矿山采场地压及沉降变化规律研究

为更好的处理某金矿采场与采空区之间的关系,利用多点位移计和声发射技术监测采场位移变化规律。通过分析监测结果,预测了金矿井下开采地压及位移沉降规律,及时、安全、有效地进行采空区处理及空区内二步骤矿体的回收,对金矿采场安全生产具有重要指导意义。     

声发射技术在国外边坡工程监测中的应用

<正> 一、引言声发射技术作为各种金属和非金属材料无损监测以及各种工程构件稳定性监测的手段,在国内外均已获得广泛应用。五十年代前后,国外首先使用声发射技术对各种金属矿和煤矿以及隧道工程的安全稳定问题进行监测和预报。六十年代后,随着电子技术的发展和声发射监测设备的不断完善,声发射技术也得到很大的发展。继美国、联邦德国之后,南非、日本、波兰等许多国家,都开展了岩石声发射技术     

采空区声发射实时监测系统研究

基于长期对鄂东地区小型地下矿山采空区稳定性的监测实践,研发了采空区声发射实时监测系统,具有设备费用低、可通过IE界面实时管理和实时预测、避免人工对数据的干预等优点。该系统包括WUST岩体声发射监测仪和监测系统管理平台两部分。仪器监测数据可通过XBEE无线网络、有线直连网络或人工3种方式传输到上位机,并通过上位机上的监测系统管理平台对岩体声发射实时数据分析处理,预报采空区稳定性。管理人员还可使用网页浏览器远程登录,通过实时监测曲线和数据查询,对采空区异常情况做出及时处理。     

基于多源信息融合技术的采空区稳定性评价

为降低采空区稳定性评价结论的不确定性,构建了基于D-S证据理论多源信息融合的采空区稳定性评判模型。利用现场工程地质调查、室内岩石力学实验、数值模拟试验、采空区围岩体声发射监测等方法获取的共20种定量和定性的物理量信息,组成采空区稳定性评价多源证据指标体系。运用欧氏距离法确定各证据指标所属评价等级的质量分配函数,采用多比例两两对比法与熵值法确定各证据指标的权重,通过D-S理论对多源证据指标进行信息融合。根据融合结果计算出信任度函数并以此为依据确定采空区稳定性等级。以盘龙铅锌矿-70m中段5个采空区的稳定性分析为例进行了稳定性评价,评价结论与矿山工程实际相符,验证了多源证据指标体系评价方法的可行性和有效性,为采空区稳定性评价提供了一种新途径。     

岩巷岩体失稳破坏的红外和声发射联合监测预警技术研究

对岩巷工程灾害的预警预报和应急响应是减少人员伤亡和经济损失的重要途径,通过红外辐射和声发射联合监测含孔岩石在受力过程中的物理变化可以有效地模拟岩巷工程灾害演化与爆发。为此,开展了 含孔洞岩石加载过程的红外辐射和声发射联合监测试验,对含孔洞岩石加载的红外辐射和声发射特征以及二者之间的关系进行了研究。结果表明：①极差曲线随应变的变化具有明显的阶段性特征,特别在最后阶段, 极差曲线加速上升并出现突跳点,反映了温度场的分异现象和前兆特征,前兆时间平均为95.71%峰值应力;②声发射能率和声发射率曲线具有阶段性变化特征,在后期阶段普遍存在岩石破坏的前兆特征,前兆时间平 均为82.68%峰值应力;③岩石加载后期,红外与声发射前兆具有递进性,即声发射前兆早于红外前兆,两者的时间分界线在92%~95%峰值应力;④红外和声发射变化特征的关系与岩石的损伤破裂演化以及两种监测技术 的特点有密切关系。根据试验结果,提出了岩巷岩体失稳破坏的红外和声发射联合监测预警技术,讨论了两种技术的互补性,并给出了联合监测预警的技术流程,供相关研究和现场监测参考。     

冲击地压事件AE与压力耦合前兆特征分析

以华亭矿区砚北煤矿为背景,对开采过程中冲击地压事件的声发射（AE）与压力前兆特征进行了分析。分析结果表明：在冲击地压发生前,冲击地压“源”处的岩体内部声发射和压力呈现出一定的相关变化规律,即表现出明显的前兆特征和相互耦合模式：“升压平静-降压活跃”模式,即压力变化整体趋势为上升时,声发射进入平静期,当压力变化整体趋势为下降时,声发射表现活跃;“升压降压平静”模式,即当压力上升和下降期间,声发射均处于平静期。这种特征和模式可以作为冲击地压事件预测的判别依据。     

红庆河煤矿弱胶结砂岩单轴加载条件下声发射特征研究

对红庆河煤矿弱胶结砂岩在单轴加载条件下破坏过程中的声发射特征进行研究,根据试验过程中所采集的力学参数和声发射信号参数,得到了全过程应力-应变、应力-时间-累计计数率、应力-时间-绝对能量率以及峰值前、后的应力-应变-累计计数率、应力-时间-绝对能量率曲线。据所得应力-应变曲线将该类砂岩破坏分为2种形式:一种为传统4阶段岩石破坏形式,另一种为5阶段破坏形式。5阶段破坏模式在应变软化阶段后出现了应力不变,应变继续增大的胶结延性阶段。对比2种破坏模式的声发射特征,峰值后的声发射现象较峰值前的均有量级的变化,抗压强度相近时,弹性模量小的试样产生更多的声发射现象,但产生的绝对能量属于同一量级。累计计数率能够作为判断试样是否发生完全破坏的参数。     

层理倾角对岩石力学与声发射特征的影响研究

层理倾角对岩石受载下的力学性质和声发射特征有重要的影响。通过对0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°倾角试样的单轴压缩模拟试验,获得了层理岩石抗压强度、破坏模式、声发射振铃数等随层理倾角的变化规律。研究结果表明:1随着层理倾角的增加,试样单轴抗压强度存在着先增大后减小又增大的过程;2大致分为3种破坏模式,15°和30°倾角试样劈裂与剪切破坏并存,以劈裂破坏为主,属于先基质后层理型破坏;45°、60°、75°倾角试样劈裂裂纹相对较少,剪切破坏显著,属于先层理后基质型破坏;0°和90°倾角试样出现大断口,属于局部强烈基质型破坏;30°、15°、30°和90°倾角试样声发射静默期长,活跃期短,其最大声发射数大,声发射增长速率快;而45°、60°和75°倾角试样静默期短,活跃期长,其最大声发射数小,声发射增长速率慢。     

不同含水率条件下煤与瓦斯突出的声发射特性

采用自主研发的大型煤与瓦斯突出物理模拟试验台和美国物理声学公司PAC(physical acoustic corporation)生产的PCI-2声发射测试分析系统进行了不同含水率条件下煤与瓦斯突出物理模拟试验,对突出过程中的声发射特性进行了分析。结果表明：在瓦斯压力相同的条件下,突出过程产生的声发射事件计数率和累计计数随含水率的升高而降低,且瓦斯压力较低时,声发射事件对煤体含水率变化更为敏感;在瓦斯压力相同的条件下,突出过程声发射事件能量率和累计能量均随含水率的升高而降低;在瓦斯压力相同的条件下,突出过程声发射事件的最大幅值、高幅值事件的计数率等都随含水率的升高而降低,且声发射事件计数的集中区域有从大幅值向小幅值转移的趋势;在含水率相同的条件下,突出过程高能量、高幅值的声发射事件总数随瓦斯压力升高而增大。     

不同含水状态煤-混凝土连接体力学特性和破坏特征

对不同含水状态煤-混凝土连接体进行单轴压缩实验和声发射监测,并对连接体力学特性和破坏特征进行探究,研究结果表明：水对煤-混凝土连接体应力-应变曲线特征裂隙压密阶段、破坏阶段和峰后阶段影响明显,水的存在降低了试样间的内聚力,使其脆性降低,塑形增强|含水率增加,煤岩组合体破坏形态由拉伸破坏变为剪切破坏,塑性变形显著|声发射特征曲线与应力-应变曲线对应程度较好,随着含水率的提高,声发射AE计数峰值位置提前,连接体样提前发生结构性破坏。且AE计数峰值数值逐渐减小,连接体样脆性减弱。     

采用预制结构面试件模拟含天然结构面辉绿岩的实验*

含天然结构面岩体不易加工形成各个角度岩石实验试件，为研究预制结构面试件实验能否代替含天然结构面试件实验效果，基于声发射监测的预制结构面单轴压缩实验与含天然结构面试件实验结果比较。研究结果表明：①通过应力—应变分析，含预制结构面试件与含天然结构面试件力学特性基本一致，含结构面试件强度大小依次为纵向结构面试件、横向结构面试件、斜向结构面试件、斜三角结构面试件；②通过破坏模式分析，含预制结构面试件与含天然结构面试件破坏模式大致相同，两者相同角度的试件破坏形态大致相同；③含预制结构面实验试件与含天然结构面实验试件声发射信号基本相近；声发射撞击率和能量累积变化趋势基本一致；④通过含预制结构面与含天然结构面试件比较，两者力学特性、破坏模式和声发射信号变化趋势基本一致，能够通过预制结构面模拟天然结构面各向异性。关键词预制结构面天然结构面力学特性声发射DOI：10.3969/j.issn.1674 6082.2020.12.021     

煤体瓦斯吸附渗流过程及声发射特性实验研究

对原煤试样瓦斯吸附渗流过程的声发射信号进行了监测,并基于声发射信号特征,分析了煤体损伤演化及瓦斯吸附渗流的动态特征。实验发现,在吸附过程的初期,声发射强度最大,而且随着吸附量的逐渐增加,声发射信号逐渐减弱;吸附过程中声发射信号在时域上呈现阵发性,即密集段与间歇段相连的特征。实验结果表明:瓦斯是由煤体最外层开始逐层向内部吸附渗流的;在瓦斯逐层渗流过程中,当瓦斯压力梯度大于可导致煤体局部微观结构破坏的临界压力梯度时,瓦斯表现为具有动力效应的破坏式渗流,对应着声发射的密集段;煤体受到破坏后,渗流阵面的压力急剧降低,瓦斯表现为无破坏能力的渗流,同时也进入蓄能阶段,对应着声发射间歇段;随着煤体内部瓦斯压力的增大,吸附过程趋于平衡,煤体内产生的声发射信号也逐渐减弱。     

引入外参数的声发射系统在地应力测量中的应用

为解决AE法测量地应力时存在的测试精度低、可靠性差、Kaiser效应点不易判别的问题,采用先进的MTS 815材料试验机作为加载设备、PCI-2声发射仪作为声发射信号采集设备,并通过外参数引入技术改造,实现了加载设备和声发射仪二者数据采集的实时同步化,解决了声发射信号特征点与应力值间准确对应关系问题,提高了测试的准确性和精度。在此基础上,分析研究了分级多次循环加载方式下岩石试件声发射信号激发特征与规律,找到了准确获取地应力特征点的方法和波形处理技术,大大提高了测试的可靠性。利用该系统对甘肃白银集团小厂坝铅锌矿深部矿区进行了3个中段15个测点的地应力测试,获得了该矿区原岩应力场分布及变化规律,可为后续安全生产设计提供可靠基础数据。     

单轴压缩下某弱胶结砂岩声发射特征及破坏形式

为研究小纪汗煤矿弱胶结砂岩的声发射特征和破坏形式,对取自该矿的砂岩试件开展单轴压缩试验,并进行声发射监测。试验表明：对6个试件的声发射特征曲线归纳为崩裂型和破裂型2种,前者在弹性阶段和微裂隙稳定发展阶段声发射活动较少,屈服阶段后期至破坏前声发射活动骤增,破坏后仍有部分声发射活动;后者弹性阶段和微裂隙稳定发展阶段声发射活动强于前者,屈服阶段声发射活动出现大幅阶梯增长（至峰值）,峰值前有声发射平静期。试件破坏形式,可分为X型共轭破坏和单斜面剪切破坏2种,前者对应崩裂型曲线,试件强度较大;后者对应破裂型曲线,试件强度较小。研究结论对高强度开采条件下顶板变形失稳的预测具有指导意义。     

某铁矿采空区地压监控及稳定性分析

引进STL-12型多通道声发射监测系统,利用声发射技术对采空区地压进行全天候实时监测。提出整理分析声发射数据与井下现场查看相结合的监测方法。整理和分析了1 a左右的监测数据,总结出岩石破坏时的声发射波形特征、常见波形出现的原因和特点,确定目前采空区的稳定性良好,可保证矿山的安全生产。