不同加载速率下巷道岩爆声发射特征实验研究

利用双轴伺服试验机开展不同加载速率下巷道岩爆模拟实验,利用美国物理声学PCI-2型声发射系统监测并采集声发射信号,研究加载速率对巷道岩爆的影响。研究结果表明:不同加载速率下巷道声发射事件率随时间变化规律大体一致,声发射事件率出现频度较高的群发性特征;声发射能率和声发射事件率呈此消彼长的趋势,前期阶段:岩样处于储能阶段,事件率较高、能率较低。加载后期:岩样处于能量释放阶段,事件率较低、能率较高;随着加载速率的增加,声发射能率剧增并达到峰值时间提前,表明加载速率越大,越容易发生岩爆;加载后期出现少量大能率事件,此阶段可以作为岩爆发生的前兆信息。     

WNN模型在预测声发射信号方面的应用

小波神经网络具有预测精度高、结构简单以及收敛快等众多优点,因此,试图将这一优势模型用于声发射的预测方面,进而为矿业领域完善一种新的预测方法,并根据实验室岩石加载实验过程中采集的大量声发射数据,建立了一种与之相适应的预测模型。首先,针对实验室实验过程中监测得到的声发射数据建立了小波神经网络模型（WNN模型）,然后对声发射监测得到的声发射事件率进行网络自主学习,得到预测结果,最后与实际值相比并计算其误差。结果表明：WNN模型预测精度较高,与实际监测得到的结果基本吻合,证明WNN可以用于声发射信号方面的预测。     

煤样巴西劈裂试验中声发射特性的细观模拟

根据矩张量理论构建了细观尺度上巴西劈裂试验声发射的细观模拟方法.通过试验和计算结果的对比分析,验证了该方法的合理性.该方法可同时给出声发射事件发生的时间、空间、破裂强度等特征,再现试样破裂空间演化规律.研究发现:在达到峰值抗拉强度之前,声发射事件比率和破裂强度较低;在峰值和残余抗拉强度之间,声发射事件比率和破裂强度均较高.声发射事件比率随破裂强度变化近似呈极值分布;在均值至最大破裂强度之间,声发射事件累积比率随破裂强度的降低近似呈指数函数增加.每次声发射事件所包含的微破裂数,随破裂强度的提高而增加,近似呈指数函数关系;声发射事件比率与微破裂数近似呈负指数函数关系.      

张拉作用下岩石破裂的声发射特性及P波初动极性

为深入探讨岩石在张拉作用下破裂的声发射特性,设计了一种膨胀剂扩张破裂的声发射实验,详细分析了花岗岩、大理岩和红砂岩声发射信号的特征参数及P波初动极性。实验结果表明:声发射信号的累积计数和能量在三种岩石试样宏观开裂时均呈指数增长;花岗岩、大理岩和红纱岩试样声发射信号的中心频率分别主要集中在100 ~ 300 kHz、200 ~ 400 kHz、200 ~ 500 kHz;花岗岩低频率事件占比最多,大理岩高频率事件占比较多,而红砂岩高频事件占比最多, 三种岩样膨胀力荷载后期低中心频率声发射信号增多,说明大尺度破裂增加;三种岩样声发射信号的RA主要集中在0~1.9之间,大理岩和红砂岩AF值主要集中在50 ~ 100 kHz之间,花岗岩AF值主要集中在200 ~ 250 kHz之间,RA?AF的分布特性表明,实验中岩样主要以张拉破坏为主;通过P波初动极性分析法,获得各岩样声发射信号的初动极性,结果显示,花岗岩、大理岩和红砂岩分别有77.82%、79.5%和87.42%的T-型破裂源,花岗岩、大理岩几乎不产生S-型破裂源,而红砂岩因为天然节理裂隙较多,有9.93%的S-型破裂源。RA?AF分布分析和p波初动极性分析都是统计分析法,可以定性描述岩石破裂类型。      

岩体结构分析与监测共同预测预报冒顶片帮

通过云南大姚铜矿、大厂铜坑锡矿、云锡马拉格锡矿等矿山采用岩体结构分配与声发射等监测手段相结合的方法，确定危险的冒落体及滑落体对冒顶片帮事件预测预报成功的实例，首次提出了岩体结构分析监测法这一新方法，阐明了该方法的主要研究内容及其特点。     

声发射技术在地压监测中的应用

本文阐述了声发射技术原理和岩体声发射技术在地压监测中的发展应用,归纳了一些矿山岩体声发射监测的具体工程监测结论,可以为有需要矿山提供参考依据。     

循环荷载作用下胶结充填体声发射特征试验研究

随着开采深度的增大,采场地压显现日趋严峻。胶结充填体作为充填采矿法中采场的重要结构单元,对维护采场稳定具有重要作用,因此了解认识胶结充填体在外界荷载作用下的响应特征具有重要的意义。通过进行单轴循环加卸载试验,研究了胶结充填体在加载阶段的声发射特征,以及声发射“平静”期的分形特征。结果表明:胶结充填体存在明显的压密阶段。在压密阶段初期,声发射能率较大。而后随着应力的增大,声发射能率又逐步降低,并最终维持在较低的水平;在弹性阶段,声发射事件率和能率随应力的增大而增大,并且声发射事件率普遍大于其余加载阶段;在加载应力达到胶结充填体峰值应力前,声发射会出现“平静”期。在此时期,声发射能率出现剧烈波动,且声发射分形维数是不断减小的;试验中,下级加载声发射能率大于上级加载,并且声发射能率对充填体损伤程度的敏感性大于声发射事件率。      

单轴多级加载下岩石声发射特性试验研究

对大理岩和花岗岩开展室内单轴多级加载试验,得到应力—应变,声发射参数、应力与时间关系。研究结果表明:在加载初期,两者没有明显的声发射现象,表明试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合;在稳压阶段,大理岩声发射活动水平较低,岩石中有少量新生裂纹的产生或扩展;花岗岩声发射活动显著,岩石在载荷稳定时裂隙继续发展;临近破坏时,大理岩声发射活动水平较低,花岗岩声发射活动集聚增加。室内单轴多级加载试验在一定程度上反映工程岩体分级开挖时应力调整前后声发射的变化趋势。对高应力、多扰动的深部岩体,建议现场声发射监测岩体稳定性,岩爆等地质灾害时,应掌握合适的监测时机,对多中段同时开采的矿山深部岩体应加强顶底板、围岩、矿柱的声发射监测,为现场岩体稳定性监测与预报的判据提供了借鉴和思路。     

金川二矿区大范围岩体破坏预测的分维模型

为评价金价二矿区大范围岩体的稳定性，本文设计采用多通道声一位系统进行监测。通过分析声发射事件位置的分布，发现这种分布具有分形特征，其分维值是预报大范围破坏灾害的有效指标，应用灰色理论建立的分维预测模型可以预测未来时间的分维值，从而为预测大范围的破坏灾害提供了基本依据。     

联合改进作用距离和Dijkstra算法的复杂结构声发射定位方法及应用

声发射定位对含空区等复杂结构的连续动态安全监测具有重要意义。针对直线路径定位方法不适用于复杂结构,而常规Dijkstra搜索算法常出现局部最优路径等问题,提出了一种联合改进作用距离和Dijkstra算法的声发射定位方法,实现复杂结构下声发射的高精度定位。理论测试显示：基于改进作用距离的Dijkstra算法得到的P波传播路径长度小于等于常规作用距离的Dijkstra算法,即P波走时更为准确。理论测试和断铅试验定位测试表明：本文提出的定位方法在复杂结构声发射定位时的整体误差在0.50 cm范围之内,断铅事件平均定位误差由常规作用距离Dijkstra算法的0.95 cm下降至本文的0.54 cm。改进的声发射定位方法在复杂结构声发射定位方面具有很好的应用前景。     

岩石尺寸效应对其声发射影响的数值模拟研究

对6种同一高径比、不同尺寸的同性质岩石试样进行数值模拟,研究其对岩石破坏过程声发射的影响。结果表明:试样尺寸小时,大声发射事件在主破裂前后都有显著出现,其分布由当初无序性到峰值后在试样中部集聚成核;残余变形阶段,有相当数量和能量的声发射出现,且有几次出现在数量和能量上均较显著的声发射带。当试样尺寸较大时,在达到峰值前声发射较少,且随机分布在试样中,大声发射事件出现次数较少且仅在峰值应力时出现,其数量和能量均最显著,声发射在两处聚集成核;残余变形阶段,声发射很少发生,其分布又呈无序性。根据声发射时间序列和空间分布的特征关系,对利用声发射特性预测不同尺寸岩石试样破裂来临及其位置有一定的参考意义。     

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。     

声发射监测技术在有色金属矿山的应用

论述了声发射监测技术应用于地压监测中的基本原理,以及声发射监测技术在国内外研究现状,并从无损检测的角度提出了声发射监测技术在有色金属矿山应用所需要解决的问题。     

单轴加载条件下砂岩声发射特性分析

通过单轴加载条件下砂岩破裂过程的声发射试验,采集了砂岩变形各个阶段的声发射信号,得到了应力-时间-累计振铃计数、应力-时间-声发射事件率曲线.结合应力-应变曲线,对整个破坏过程中的声发射信号特征参数进行了分析,同时采用快速傅里叶变换,对其中按时间序列选取的110个声发射信号进行了频谱分析,得到了声发射信号对应的主频,对主频随应力的变化情况进行了分析.结果表明:在峰值强度50%之前,主频随压力随机变化,在峰值强度50%之后主频有降低的趋势,且主频主要集中在140~180 kHz之间.     

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。     

铜坑矿91号矿体部分结构面在剪切滑移时的声发射特性研究

# 本文结合结构面力学性能试验和体滑动时声发射规律试验,深入阐述了91号矿体部分结构面在剪切滑移时的声发射特性,并将此规律用以指导现场的声发射监测工作。     

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。     

不同荷载条件下低孔隙率砂岩巴西劈裂试验的声发射特性

针对巴西圆盘荷载接触条件对巴西劈裂试验影响的问题，采用声发射监测系统开展线/非线荷载接触条件下低孔隙率砂岩巴西劈裂试验。直径为50 mm，厚度为25 mm的标准巴西圆盘按照同一种传感器三维布设方式布置8个Nano30传感器。在相同的荷载速率下，声发射监测Richter8系统对线/非线荷载两种荷载条件下的巴西圆盘进行准静态加载的波形信号连续记录。通过P波自动到时及网格坍塌搜索算法进行定位，在线/非线荷载条件下分别有1131和931个声发射事件被成功定位。圆盘的起裂位置均在圆盘非中心位置，对于非中心起裂的试验值可能低估了巴西抗拉强度。裂纹下半球极点密度投影分析表明，非线荷载条件下破裂面的局部扭曲程度大于线荷载。试样三维损伤演化结果表明，圆盘所受荷载面积大小，显著影响圆盘损伤累计的时间、释放能量的大小和裂纹扩展的稳定性。对有效声发射定位事件进行矩张量分解获取了两种荷载条件下各向同性部分（ISO）、纯双力偶（DC）和补偿线性矢量偶极成分（CLVD）频率百分比，并采用微裂纹破裂类型分类方法来定量分析震源机制，结果表明巴西劈裂对荷载条件并不敏感，两者均可以解释为近似平行于荷载方向上的张拉裂纹的萌生、扩展及贯通。      

不同岩石单轴压缩破裂全过程声发射序列分形特征研究

通过对青砂岩和花岗岩两种岩性岩石的单轴压缩声发射试验,获取岩石破裂全过程的基本力学特征及声发射时域特征参数,观察两种岩石破裂时的破坏情况,着重对比了两种岩石的声发射事件率及能率时域特征,并探讨了声发射事件率及能率的分形特征。试验结果表明:声发射事件率及能率均可很好地描述岩石破裂损伤的整个过程,青砂岩事件率变化特征有明显的"上升期"和"下降期",花岗岩则无明显变化特征,两种岩石能率变化特征均存在两个"活跃期(Ⅰ,Ⅱ)"和一个"缓慢释放期";青砂岩事件率分形特征与花岗岩差异明显,相比较花岗岩而言,青砂岩分形维数D值存在多处转折点;能率分形特征,两种岩石较为相似,分形维数D值均表现为随着加载应力比的增大而波动增加,在试样破裂前又突降至最低值。