原岩应力现场与实验室测试对比研究

为验证利用声发射Kaiser效应法测量原岩应力的可靠性和准确性,对杉木树矿S30+96石门分别采用现场空心包体应变法和实验室声发射Kaiser效应法测量其地应力,最后对比分析了2种测试方法的结果。根据测量结果可知,利用声发射Kaiser效应法与空心包体应变法测得的原岩应力值相对误差分别为最大主应力3.59%、中间主应力10.79%、最小主应力11.04%,2种测试方法所得的结果相对误差较小。此外,现场和实验室得到的3个主应力方向也基本一致。研究结果表明,实验室利用声发射Kaiser效应法测量原岩应力具有较高的准确性,声发射Kaiser效应法测量原岩应力可很好地运用于工程实践。     

岩石声发射Kaiser 效应研究现状及展望

由于原岩应力现场测量存在着施工困难、测量过程复杂、测量环境要求高等问题,通常只能利用较少 的现场测量点获取地下空间区域的原岩应力信息,岩石力学与工程界一直在寻求相对简便易行的原岩应力测量方 法。其中,岩石声发射Kaiser 效应是一种可以在室内测量原岩应力的重要方法。岩石声发射Kaiser 效应已有超过 半个世纪的研究历程,至今尚未取得公认Kaiser 点的识别标准。系统归纳了国内外有关岩石声发射Kaiser 效应产 生机制、Kaiser 效应点识别方法以及Kaiser 效应影响因素等方面的主要研究成果,并对上述研究成果进行了总结和 讨论,着重探讨了岩石声发射Kaiser 效应的产生机制及其微裂纹演化机制。在上述分析的基础上,提出了岩石声 发射Kaiser 效应今后主要研究方向和内容,可为该领域的研究者提供借鉴和参考。     

岩体结构分析计算机系统的程序设计

针对地下矿山巷道、采场个别结构体冒顶、片帮现象以及声发射Kaiser效应测量原岩应力时原岩应力主方向如何确定的问题 ,以岩体结构分析为手段 ,并利用MicrosoftC/C ++7 0编程工具 ,自行开发了软件“岩体结构分析计算机系统”。此系统可直接用于地下矿山巷道、采场围岩稳定性的分析和矿区主应力场方位的分析     

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。     

变粒岩破裂全过程声发射时频特性试验研究

通过变粒岩单轴压缩下声发射试验, 采集了应力-应变曲线与声发射数据。联合应力曲线, 总结了声发射积累计数和积累能量的演化特征。利用Welch谱估计法与小波能谱系数法分别对试件声发射信号功率谱密度及能量分布特征进行了分析。研究表明, 声发射积累能量比振铃积累计数能更好地预测岩石破坏; 在试件破坏前或产生较大裂纹时, 声发射信号峰值频率会有所下降, 其能量集中频段也在扩大; 在[78 kHz, 156 kHz]频段能谱系数持续增大且其值超过50%的声发射信号出现频繁的现象, 可作为试件破坏失稳的前兆信息。结合岩石声发射信号时频特性, 可为预测岩体破坏提供一种新思路。     

岩石声发射信号处理小波基选择的研究

针对岩石声发射信号处理和分析时小波基选择存在的问题,在详细分析岩石声发射信号特点的基础上,总结了适合于岩石声发射信号分析和处理的小波基应具有的特点,并在理论上归纳出Daubechies小波族中的Db4小波基能满足岩石声发射信号处理的要求。以处理后的工程实际岩石声发射信号为基准信号并加入白噪声,利用相关分析对小波变换前后的信号进行分析,结果表明,Daubechies小波族中的Db4是进行岩石声发射信号处理的合适小波基,从而为利用小波分析理论进行岩石声发射信号处理以及准确地找出岩石的Kaiser点奠定了一定的基础。     

岩石破坏过程的声发射特征研究

通过对岩石受力破坏过程的声发射试验，研究了岩石破坏全过程的声发射特征，包括声发射与时间、声发射与应力水平之间的关系。研究表明，岩石声发射事件率在不同应力水平的变化很大；岩石在接近峰值强度时单位时间内的应力增长速度减小、声发射事件率出现明显下降。     

基于声发射法的地应力研究

为了研究某矿山深部地质条件下的地应力分布规律，分别在950 m、1050 m、1150m水平取样进行岩石试件声发射试验，利用声发射Kaiser效应原理，测量了不同埋深的地应力，经计算得到测点的主应力。结果表明：最大主应力，最小主应力，垂直应力均随着埋深呈线性增长，测量及计算结果均符合地应力分布规律。该研究可为矿山深部安全开采提供指导。     

利用套孔应力解除法测量矿山原岩应力

矿山原岩应力的测量是矿山工程设计、安全施工与生产必不可少的原始资料之一。分析了利用套孔应力解除法测量矿山原岩应力的方法,为矿山原岩应力的测量提供了一定的理论基础。可为相关管理部门科学决策提供依据。     

基于小波分析的岩石声发射信号处理技术

根据岩石声发射信号的特点,利用小波分析方法对岩石声发射信号进行分解、消噪和重构,得到了较为直观的声发射信号.介绍了小波与小波包分析的特点;对声发射信号进行小波消噪,比较了不同阈值下的消噪效果;并提出了基于能量阈值法的小波包消噪,其效果优于小波消噪.     

比德煤矿地应力场测试及分布规律

根据应力解除法的基本原理,采用KX-81型空心包体应变计、完全温度补偿和智能化、数字化应变仪等技术,测试了比德煤矿的原岩应力,其结果表明:矿区原岩受到岩体自重应力和构造应力的共同作用,最大主应力σ1和最小主应力σ3为水平方向,中间主应力σ2为铅垂方向,并约等于上覆岩层的自重应力,且3个主应力大小与埋深呈线性关系。根椐地应力测试结果,分析了矿井巷道布置与地应力的关系,得到巷道受力的边界条件,为深入研究巷道稳定性与支护设计提供了科学的理论依据。     

顶煤破坏区采动影响下巷道变形机理与控制技术

为解决顶煤破坏区下破碎围岩巷道变形大、破坏严重的难题，以韩咀矿32103工作面辅运巷为研究对象，采用现场实测及理论分析相结合的方法对巷道围岩应力分布及变形机理进行研究。结果表明：32103辅运巷道顶板存在的顶煤破坏区呈非连续分布，32103辅运巷道围岩应力环境调整及顶煤遗留煤柱与区段煤柱有效承载宽度减小是导致巷道矿压显现明显的主要原因。基于上述探测及理论分析结果，提出以“深浅孔注浆+锚网索”联合支护为主的巷道围岩控制技术及以“架棚+底板卸压”为主的加固技术。现场应用结果表明：采用新支护方案后，32103辅运巷道围岩最大顶底板移近量为70mm，最大两帮收敛量为48mm，支护锚杆未出现破断现象，且锚杆受力与围岩变形均在合理区间，巷道支护效果良好。     

基于空心包体应变计的扰动应力云监测系统构建

扰动应力是导致地下工程岩体破坏失稳的原因,扰动应力监测岩体工程稳定性及地下结构应力状态的及时反馈,为地下结构的安全提供重要保障。目前,扰动应力监测使用电磁辐射技术或微震测试技术易受到电磁干扰影响测量精度;钻孔应力监测技术又受到设备长期供电、数据采集复杂等因素制约。本文基于数字化完全温度补偿型的空心包体监测应变计,优化岩石力学实时扰动应力计算方法,通过研发并构建扰动应力云监测系统,实现了对金川镍矿二矿区1 150m水平有轨联络道实验洞段的线上扰动应力长期监测。近416d的应力监测数据表明,该系统数据传输稳定,系统运行过程稳定可靠,实现了远程云端长期采集和数据传输,提高了扰动应力监测的效率,为后续其他项目中应力测量数据和监测数据的实时入网上传提供接口和平台。研究方法和监测方案对同类型工程具有借鉴意义。     

干耦合超声波测试技术及其岩石动静参量测试应用

岩体非线性特征随深度增加不断凸显,其力学参量现场实时精确测量及长期监测,为地应力解除过程中岩体变化特征及应力监测提供了必要的基础。然而目前岩石力学参量测定多基于室内力学试验,时效性及拟合方法都会对测试结果带来误差。传统耦合超声波发射、接收探头对接触面平整性要求高,无法实现布置于现场钻孔内的长效监测。基于干耦合点接触声波探头测速技术,通过对声波发射、接收探头设计,电路板稳定性及去噪算法研究,研发出具有瞬时采集、无线传输功能的数字化波速采集系统。通过对同一区域取自现场加工的?50 mm×100 mm花岗岩岩样及地应力解除岩芯,分别进行室内力学试验及波速测定,以计算获取相应静态、动态弹性模量。结果表明:首先,自研发基于干耦合点接触声波测速采集系统,对不同工作接触面适应性较好,数据误差在规范允许范围内。其次,对于同一区域相同岩性不同尺度、形态的岩样,其动态、静态弹性模量关系彼此间具有适用性。这就为现场基于干耦合点接触声波测速计算获得的岩体动态弹性模量,推算其静态弹性模量提供了依据。进一步的,基于干耦合点接触声波测速数字化采集系统,岩体动、静态力学参数在现场地应力岩芯解除过程及岩体长期监测过程中的实时采集及分析研究,具有一定的可行性。     

高应力软岩硐室底鼓发生机理与控制技术研究

针对煤矿深水平高应力软岩机电硐室的严重底鼓情况，以淮北矿区邹庄煤矿-800m水平机电硐室为研究背景，依据弹性力学与塑性力学理论分析了底鼓的力学机理，同时基于围岩整体稳定性原理，制定了抑制底鼓的技术方案。现场实测数据表明该技术方案简便易行、效果显著，充分论证了研究成果的科学性和正确性。该成果不仅可以用于高应力软岩机电硐室底鼓控制机理与技术的研究，而且可以用于井下水仓、大断面高应力软岩巷道底鼓控制机理与技术的研究。     

根据巷道围岩控制致裂确定岩体应力的途径

阐明了用控制致裂测试岩体应力的实质。介绍了控制致裂的基本理论，根据围岩控制致裂的原岩应力计算，利用３个方向的正应力实测值绘制应力椭圆。     

节理岩体中爆炸应力波传播规律的研究

为了研究爆炸应力波在岩体中的传播过程,建立了基于ABAQUS/EXPLICIT的有限元数值模型,采用ricker子波作为爆炸场源,并将得到的数值结果与现有文献相比较,充分说明了采用ricker子波作为爆炸源模拟爆炸应力波传播问题的可行性。研究结果表明：炸药起爆后,按照时间顺序,岩体中先后呈现3种应力状态,即径向压应力与环向压应力形成的复合压剪应力场、径向拉应力与环向拉应力形成的复合拉剪应力场、径向压应力与环向拉应力形成的复合拉剪应力场。爆炸应力波在节理两端产生的反射波和衍射波与爆炸应力波的相互叠加使节理两端的应力显著增强,并最终促使爆生翼裂纹从节理两端起裂扩展。     

软岩巷道蠕变与湿度应力场耦合研究

通过对龙口北皂矿H2101海域工作面矿区煤层底板矿物成分分析、岩样的膨胀性试验以及对巷道底板含水状态和围岩蠕变的实测,得到有关软岩巷道的围岩岩性参数和实际蠕变规律。运用湿度应力场理论的数学模型方法对软岩巷道的遇水软化和膨胀特性进行了分析,根据湿度应力场理论推导出膨胀软岩本构方程,在实际软岩巷道围岩稳定性控制中得到了应用。     

注浆锚杆锚固质量的无损检测试验研究

注浆锚杆广泛应用于深部软岩巷道支护,其注入浆液的密实度极大的影响着注浆锚杆的锚固质量,但是目前如何快速、准确、大范围的检测锚固质量尚无有效的技术手段。文章基于弹性应力波在注浆锚杆锚固体中传播时透射与反射规律,对注浆锚杆自由段、锚固段长度和锚固段内缺陷位置和长度进行了无损检测试验研究,并采用小波变换理论对试验信号进行了分析。研究结果表明：通过小波工具箱中的低通滤波器对信号进行低频分析,能够准确的识别出注浆锚杆的自由段长度|通过高通滤波器对信号进行高频分析,能够准确的识别出注浆锚杆的锚固段长度,锚固段内缺陷长度以及缺陷的具体位置。研究成果可为进一步开发注浆锚杆锚固质量无损检测技术和方法提供试验基础。