岩石Kaiser效应数值模拟确定岩石均质度及在某钨矿的应用

阐述了岩石Kaiser效应的产生机制及国内外的发展和研究现状,分析了该领域目前研究存在的难题;结合岩石试样的特性,对试样均质度参数进行试选,通过岩石Kaiser效应的数值模拟的方式方法,对岩石声发射应力与声发射能量时间序列分布关系图进行了分析,得到了与现场采用钻孔应力解除法较为一致的结果。     

三轴不同加载路径下花岗岩Kaiser效应试验研究

为了解不同加载路径三轴预加载对花岗岩Kaiser效应的影响,先对花岗岩进行三轴预加载试验,再进行单轴压缩试验并采集声发射信息,据此分析预加载对声发射特征的影响。研究表明,预加载时轴压和围压的加载顺序及大小对于Kaiser效应有明显的影响。先加围压可以抑制轴向加载损伤的产生,导致Kaiser点提前。先加轴压,后加较小围压对Kaiser点影响可忽略;后加围压如果较大,则会加大花岗岩所受损伤,导致Kaiser点延后。如果轴压围压同步加载,则会大幅度影响Kaiser点的准确性,甚至完全观察不到预加载的影响。该试验研究方法和结果可为岩石Kaiser效应理论研究提供参考。     

不同加载方式下花岗岩声发射特性的试验研究

为研究花岗岩在不同加载方式下的声发射特性,对15块花岗岩试样进行了3种不同加载方式下的声发射测试试验。结果发现:单次加载方式下,加载应力达到破坏强度60%左右时,声发射发生突增;等幅循环加载方式下能否观察到Kaiser效应与其加载应力水平相关;分级循环加载方式下,Kaiser效应记忆先前加载应力的准确程度随着加载应力水平的增加而减弱,其存在应力水平大约为试样破坏强度的20%~60%。     

循环载荷下块石胶结充填体声发射特性研究

利用RMT-150C岩石力学试验系统和PCI-2型声发射采集系统,对灰砂比为1∶4的纯尾砂充填体与块石作骨料的胶结充填体在不同幅值循环加卸载条件下损伤破坏全过程的声发射特性进行了研究。试验结果显示：含块石充填体在循环载荷下损伤破坏过程声发射信号较纯尾砂充填体更加丰富,且均表现出在加卸载应力幅值为80%的阶段声发射活动最为平静的共性。试验数据处理结果表明：充填体Kaiser效应的有效应力区间为相对应力水平低于70%,超过这一区域后,Kaiser效应失效,Felicity效应显著。     

利用Kaiser效应测定矿山原岩应力

在矿山地下工程中，原岩应力是合理评价矿体开采过程中围岩稳定性的首要条件，是确定合理采场结构参数的基础条件之一。本文利用矿山已有巷道进行钻孔岩芯定向取样，在实验室进行声发射Kaiser效应的实验，获得矿区原岩应力。由于声发射效应实验测试方法具有简单、方便的优点，可大量进行，从而在矿山岩体应力测试及评价时可以普通推广应用。     

砂岩单轴循环加卸载试验及声发射特征研究

通过对砂岩进行循环加载试验,揭示了砂岩在循环加卸载过程中的强度变化及声发射特性。试验利用电液伺服岩石三轴试验机和SDAES数字声发射检测仪采集系统,对两组砂岩试样分别进行单轴抗压、单轴循环加卸载试验。试验结果表明岩样在经过循环加卸载后试样的单轴抗压强度略有增大,循环加卸载过程中在伴随着岩样内部原始天然裂隙的压密、新生裂纹的产生、扩展和贯通的同时,也伴随着声发射不断产生。声发射事件在砂岩再次加载应力到达上次加载最大应力前极少发生,达到上次加载最大应力以后则大量发生,说明砂岩岩样在循环加卸在作用下存在声发射的Kaiser效应,而无Felicity效应产生。     

智能声波监测设备在生产中的应用与研究

岩石的破坏伴随着声发射，通过声发射可以反映岩石的受力状态以及岩石的结构，通过声发射Kaiser效应可以测量地层中的应力，研究岩石的性质。利用声发射仪器对岩石的破坏过程进行监测，收集有用的信息，从而应用于矿山采场顶板安全分级、冒顶预报与地压的综合分析，以及岩体工程稳定性分析和声发射测试等方面。红透山铜矿通过对DYF-2型智能声波监测多用仪在生产实际中的使用，取得了一定的成绩。     

基于Kaiser效应红透山铜矿原岩应力测量

红透山铜矿是国内采深最大的金属矿山之一,其深部地压显现形式具有典型性。为了解深部岩体的应力状态及分布特征,应用Kaiser效应的方法进行了原岩应力的测量。岩石试样取自-467～-827水平11个位置,进行单轴压缩声发射实验。结果表明:在深度为720～1 080 m的范围内垂向应力值随埋深变大而持续增加,在量值均高于上覆岩体的自重,与埋深近似于呈线性关系;在-767中段以下应力较高,达42 MPa以上,表明深部存在着较高的应力环境。     

龙门山矿区套孔应力解除法测定原岩应力

为优化龙门山矿区开采顺序和巷道设计,原岩应力测量非常必要。文中详细介绍了应用套孔应力解除法测定矿山原岩应力,对龙门山矿区原岩应力进行了实际测定,得到了矿区原岩应力大小、方向等参数及其分布规律,结果显示：矿区原岩应力随深度增加而增大,水平应力为最大主应力,主应力方向与巷道走向基本一致,巷道设计合理。     

套孔应力解除法与声发射法在新城矿区深部地应力测量中的对比研究

为得到新城金矿深部区域的准确地应力分布,分别采用应力解除法和声发射法对该矿区深部进行了地应力测试,得到了不同测量方式下深部地应力的分布规律。采用定向扰动最小二乘法多元回归来提高套孔应力解除法的6个应力分量的求解精度,并采用空间坐标变换公式和LUT-str三维地应力计算程序对地应力大小和方向进行了计算。使用应力解除法测量了-830～-1 030 m之间4个水平6个测点的地应力,使用声发射法测量了-950～-1 150 m之间3个水平3个测点的地应力,计算得到相应的地应力及其分布规律。2种方法测量结果对比表明:深部地应力以水平应力为主,最大水平主应力为NWW-SEE向,二者测得的最大水平主应力、垂直主应力和最小水平主应力具有较好的一致性。     

基于声发射概率密度函数固废胶结充填体损伤分析

固废胶结充填体是保障矿山安全回采的关键承载结构,为探究其实际承载损伤破坏过程,在RMT-150C岩石力学测试系统上对不同粗骨料含量的4组胶结充填体试样进行了单轴压缩与循环载荷下的声发射试验。结果表明：循环载荷下,4组试样均具有显著的Kaiser效应,且含块石的3组试样声发射事件数更丰富,峰值应力前达到了纯尾砂试样的152%、225%和300%。同时,利用声发射概率密度与承载应力水平间的关联性,得到了4组不同块石含量胶结充填体的声发射概率密度方程,通过声发射概率密度函数实现了声发射参数量化分析胶结充填体承载损伤过程。对比损伤变量-应力水平曲线可以看出,块石的加入能够有效减缓并抑制前期损伤,当块石含量为20%时,效果最好。     

不同荷载作用下岩石的声发射特征

由于岩石破裂过程的尺度无关性质,通过对岩石样品破坏过程中声发射特征的研究可增进对采矿工程岩体失稳过程的认识。基于室内声发射试验及国内外学者在岩石声发射方面的大量科研成果,讨论了各种受力状态对岩石声发射活动性的影响,即单轴加卸载和三轴加卸载等多种荷载条件下的声发射特征,重点分析了岩石破坏前"声发射平静期现象"出现的条件。通过与岩体破裂过程中声发射监测结果中"沉寂区"的对比分析得出,在利用声发射技术监测地下工程岩体结构的稳定性时,必须深入分析岩体的声发射特征和应力状态变化过程,才能准确识别岩体破坏前兆现象,有效地作出对地质灾害的预报。     

含陡倾角软弱结构面的花岗岩力学特性及声发射特征

利用MTS 815.03岩石试验机对试件进行三轴压缩试验,采用DISP声发射测试系统进行声发射数据收集,并对含陡倾角软弱结构面的岩体试件和岩石试件进行试验对比.两种试件随围压的增加强度逐渐增加,破坏由脆性向延性转变;岩体试件总是沿结构面滑移破坏,岩石试件为剪切破坏.随着围压的增加,两种试件的弹性模量、变形模量、峰值应变和峰值强度增加;岩体试件弹性模量、变形模量值和峰值强度低于岩石试件,而峰值应变高于岩石试件.岩体试件内摩擦角小于岩石试件,而黏聚力大于岩石试件.随围压的增加,两种试件在峰值应力阶段声发射事件远高于其他阶段,而岩体试件声发射事件集聚量远远高于岩石试件.研究结果表明软弱结构面的存在降低了岩体的力学性质,因此在高放废物地质处置库选址时结构面发育特征是需要考虑的关键因素.      

砂岩单轴压缩变形规律及声发射特性

为准确确定岩石岩爆倾向性,对砂岩进行单轴压缩条件下声发射检测试验,研究岩样单轴压缩变形规律与声发射特征.对荷载-变形曲线、AE参数进行统计分析,结果表明,压密阶段和线弹性阶段声发射振铃计数较少,累积能量曲线十分平缓,释放弹性应变能较低,从塑性变形阶段开始,AE活动频繁,累积能量呈指数级释放,损伤加快,声发射类型由之前的突发型变为连续型,应变曲线拐点处,往往出现AE参数峰值.分别对AE振铃计数、累积能量和岩石损伤进行监测分析,能较准确判断砂岩岩爆倾向性.     

不同岩石脆性破坏声发射时频特性及信号识别

针对不同岩石脆性破裂声发射信号的非稳定性等特点,提出了声发射参数、Welch 谱、EMD 和BP 神经网络相结合的声发射信号特征提取及识别方法.通过对3 类脆性岩石进行单轴压缩声发射试验,获取了岩石破裂全过程的力学、声发射参数及波形;对各类岩石的声发射信号的时频特征进行了对比分析;综合声发射参数、峰值频率及EMD 能量熵等特征向量,运用BP 神经网络对岩石声发射及干扰源信号进行模式识别.结果表明,不同岩石在单轴加载下声发射参数随应力或时间的演化特征存在异同;EMD 与Welch 谱可很好体现出不同岩石声发射信号频谱与能量分布的特征差异;不同岩石声发射多种特征的神经网络具有良好的识别效果.      

块石对充填体损伤演化影响的声发射表征

块石胶结充填体中块石含量是决定承载能力的关键因素,在RMT-150C材料试验机上进行不同块石含量的尾砂胶结充填体单轴压缩实验,利用1 MHz的宽频声发射传感器采集峰值破坏前各阶段声发射参量,试验结果显示了块石对充填体不同承载阶段应力-应变水平的影响。对比应力-应变-累计声发射事件数关系,发现块石的掺入有利于降低充填体裂纹产生与扩展的速率从而使其承载能力得到加强。分析试验数据得到用累计声发射事件数表征充填体损伤程度的关系式,并得到2组试件的损伤-应变水平关系曲线。分析表明,块石的加入有效抑制充填体前期的损伤增长速率,并使得损伤激增段出现后延趋势。     

滨海矿区地应力与岩石力学参数随埋深的变化规律及其相互关系

三山岛金矿西岭矿区是我国首个进行滨海开采的金属矿区,研究埋深对该区域地应力和岩石力学性质的影响,对于滨海岩石工程开挖设计及灾害防控具有重要意义。通过对该矿区3个地质钻孔ZK88-21、ZK88-14和ZK94-2的不同埋深岩芯进行取样,获取埋深300~1 900 m范围内的岩石标准试样。采用MTS815和声发射系统测试不同埋深岩石的力学参数与不同方向的声发射Kaiser效应点,进而获得不同埋深岩石的力学参数和地应力特征。以此为基础,分析滨海矿区不同埋深地应力、岩石力学参数及其之间的相互关系。结果表明：随着埋深的增加,滨海矿区岩石力学参数、自重应力、垂直应力、最大水平应力和最小水平应力均呈近似对数函数趋势增加,垂直应力的增幅逐渐小于自重应力。岩石力学参数与地应力大致呈对数关系,最大水平应力对岩石力学参数的影响大于最小主应力。埋深对岩石抗拉强度的影响大于其对抗压强度的影响。