花岗岩岩爆的声发射试验研究

通过对不同含水深部巷道花岗岩进行双轴加载声发射试验,利用声发射检测技术监测岩爆孕育、发生与发展的整个过程,对比分析水对岩爆的影响,并通过分析声发射事件率和声发射绝对能率研究岩爆发生的规律,为岩爆监测提供研究基础和技术支持。模拟试验结果表明:干燥饱水花岗岩都有明显的岩爆现象发生,饱水花岗岩岩爆发生时间有所滞后,岩爆发生爆裂程度有所降低;干燥花岗岩弹性能大,饱水花岗岩弹性能略小;干燥和饱水花岗岩声发射事件率和绝对能率在主破裂前都有一小段平静期,饱水花岗岩绝对能率有双峰性。     

大尺寸试件在梯度应力作用下的岩爆孕育声发射特性

岩爆是地下深部岩体开挖过程中常见的一种地质灾害现象，而梯度应力是影响岩体岩爆孕育的主要因素之一。为探究梯度应力作用下的岩体岩爆孕育声发射特性，借助YB A型岩爆模拟试验装置对大尺寸试件进行不同梯度应力作用下的室内岩爆加卸载试验，采用声发射监测手段获取试件在加载过程中的声发射数据并进行分析。研究结果表明：围压一定时，试件所受顶部应力梯度差越小，试件岩体产生的声发射现象相对越早，声发射能量的释放频率在加载过程中更均匀，且声发射能量相对较小；随着试件顶部所受梯度应力差值的增大，试件的声发射能量值释放愈发频繁，振铃计数的变化范围越大，越符合岩体压缩作用下的4个变形阶段。     

基于岩石损伤破坏和声发射理论的岩爆发生机理

岩石等脆性材料在加载过程中，随着载荷的增加，材料内部的微裂纹产生、扩展并伴随着声发射现象的发生。声发射是研究脆性材料损伤演化的良好工具，它能连续、实时地监测脆性物体内部微裂纹的产生与扩展，这是其他任何方法都不具有的优势。采用岩石声发射测试技术，对不同孔隙率的岩石的岩爆机理进行了系统的试验研究；利用统计规律和连续损伤力学理论建立了声发射与损伤变量之间线性关系式；用不同孔隙率的大理岩进行了双轴压缩试验。试验模拟了双向受力状态下的岩爆，研究了其破坏过程中的声发射特征，并从岩石损伤的角度分析了岩爆的发生机制。研究表明，采用岩石声发射测试技术追踪岩爆的产生和发展过程，是进行岩爆机理研究的一种科学、有效的方法。     

不同含水状态下花岗岩岩爆模拟声发射实验研究

采用双轴伺服控制系统开展自然和饱和状态下的花岗岩岩爆模拟实验,同时采用美国物理声学公司生产的PCI-2型声发射系统监测并采集声发射数据,研究了水对巷道岩爆的影响。研究结果表明：含水的区别对应着不同的花岗岩岩爆实验中的声发射特性;饱和花岗岩比自然状态花岗岩颗粒弹射时间滞后;自然和饱和花岗岩均在轴向载荷达到峰值荷载的65%～80%时声发射事件进入平静期,自然状态下花岗岩的声发射事件率平静期比饱和状态下平静期稍长;饱和花岗岩岩样的声发射平均事件率要比自然状态下高,而且高声发射事件率持续时间较长,自然状态花岗岩较大声发射能率出现时间滞后于饱和花岗岩;花岗岩岩爆过程中声发射事件率与能率变化规律呈现此消彼长的特点;自然状态花岗岩出现初始损伤的时间滞后于饱和花岗岩。     

双轴压缩下饱和水对洞室岩体声发射的影响实验研究

通过含洞室体在双轴压缩状态下的声发射实验，搞清饱和水对洞室岩体声发射特性的影响，以便利用声发射规律预测岩爆和岩体失稳。     

石英二长闪长玢岩单轴岩爆试验声发射前兆特征研究

采用MTS 815电液伺服测试系统与PCI-Ⅱ型声发射监测系统,对石英二长闪长玢岩样进行单轴加载岩爆模拟试验。根据试验过程中声发射信号的活跃程度,将声发射振铃计数划分为4个时期,分别为初始密集期、平静期、峰前密集期和岩爆期,并结合非均匀性指标Cv值的峰值及增长趋势,研究试件在岩爆模拟试验过程中的声发射信号前兆特征。结果显示,在平静期内声发射振铃计数表现为低值稀疏,峰前密集期表现为密集增长,及其非均匀性指标Cv值的"突增"现象,可作为该类岩石岩爆发生的声发射前兆特征信号。     

三山岛金矿微震监测及岩爆倾向性分析

三山岛金矿直属矿区进入深部开采时出现岩爆现象,同时生产区域存在岩爆诱发的矿柱失稳的危险,为保证深部开采生产安全,需要进行岩爆监测和预警。针对矿区特有的地质、生产条件,布置适合监测矿山深部安全开采的微震监测系统,得到大量监测数据。基于监测结果的系统分析,研究了深部岩爆预警技术思路和岩爆危险区域的预报方法。结果分析表明,通过运用微震监测系统,能够达到全面监控目标区域的岩石稳定状况和动态,实现深部开采的安全监测和岩爆预警。     

用突变理论预报巷道岩爆发生的可能性

文中进行了巷道岩爆模拟试验,记录岩爆发生过程中的声发射参数,应用空变理论对声发射参数进行分析,建立了巷道岩爆预测预报模型。     

大红山铁矿深井大规模开采岩爆综合评价

大红山铁矿是特大型深埋矿床,在深井开采时遇到的一个技术难题就是岩爆。为评价岩爆倾向性烈度,对该矿深部5种岩样进行室内岩爆倾向性试验,并采用声发射方法确定岩石接近峰值强度时的卸载点;通过地应力现场实测和三维有限元数值模拟,获得深部最大主应力和巷道开挖后最大切向应力;采用最大主应力判别法、切向应力准则、强度脆性系数法、变形脆性系数法、弹性应变能储存指数法这5种评价方法,对岩样的岩爆倾向性进行单项指标评价,分别得到各矿岩岩爆倾向性烈度。然后采用模糊数学法,对各单项指标评价结果进行综合评价。结果表明:深部主要矿岩体总体上具有发生中等岩爆和强烈岩爆的倾向性。最后,通过评价结果,在岩层图上绘制典型水平岩爆倾向性分布区域,可为深部开采和岩爆防治提供参考依据。     

基于声发射RA-AF值识别不同岩爆倾向性灰岩破裂特征

岩爆已成为深部工程开挖中普遍关注的地质灾害之一,针对某铜矿竖井开拓及深部回采过程中可能诱发的岩爆灾害,对取自同一地质钻孔不同埋藏深度的灰岩岩芯试样开展单轴加载声发射试验及单轴加卸载试验,基于多重岩爆倾向性判据综合评价不同埋深灰岩岩样的岩爆倾向性强弱等级,结合声发射RA-AF值演化特征及宏观破裂形貌识别不同岩爆倾向灰岩的破裂特征。研究结果表明:同一钻孔灰岩的岩爆倾向性强弱程度随着埋深梯度的增加逐渐增强;随着岩爆倾向从无—弱—中等—强,单轴加载过程灰岩AF值整体呈减小趋势,而RA值呈增大趋势,RAAF值分布由原点集中型向逐渐贴近RA轴演变;不同岩爆倾向灰岩宏观破裂形态与RA-AF值识别结果具有一致性,岩爆倾向性愈强剪切破坏作用愈显著,破裂形态由张拉破坏为主转为以张剪破坏为主。研究结果可为深部开采岩爆破坏形式以及岩爆灾害的预防提供理论依据。     

基于微震监测技术的深部岩爆预警和断层突水监测

三山岛金矿直属矿区进入深部开采时出现岩爆现象,同时生产区域存在由于岩爆诱发的矿柱失稳和顶板冒落的危险,需要进行监测和预警。基于适合监测深部金矿安全开采的微震监测系统检测结果,研究基于微震监测的深部岩爆预警技术思路,分别研究了岩爆危险区域的预报、微震监测划分采场安全等级、断层突水的微震监测等内容。通过研究达到全面监控目标区域的岩石稳定状况和动态,实现了深部开采的监测和预警。     

砂岩岩爆声发射特征及b值动态特性试验研究

在单轴加载条件下,对砂岩进行全程加载声发射试验,得到砂岩岩爆破坏过程中的应力-应变曲线、声发射参数与时间关系曲线。根据需要选择声发射累计数、震级-频度关系中的b值变化规律,研究了砂岩岩爆的前兆信息。研究表明,在砂岩弹性变形阶段后期和塑性变形阶段,声发射累计数快速增加,b值持续下降;在砂岩发生岩爆前,b值下降到最低值。对声发射累计数和b值进行联合分析,能更加准确地预知岩爆的发生。     

基于声发射测试的岩爆倾向性预测研究

为研究岩石岩爆倾向性与加载过程中声发射特征的关联,建立了不同岩爆倾向岩石加载过程中声发射累积数与应变的定量关系,并对3种不同岩爆倾向性岩石单轴加载下的声发射特征进行了实验室试验,验证了其正确性。当岩石岩爆倾向性较强时,随着应变量的增加,主破裂之前只有零星的声发射出现,并且能量非常小,主破裂之后的声发射几乎没有,而主破裂时的声发射数目和能量都非常显著。当岩石岩爆倾向性较弱时,加载不久就有少量声发射出现,在时间上呈现无规则型、没有声发射率显著变化的阶段出现。     

用岩石声发射与岩石损伤分析岩爆发生机制

文中介绍了利用统计规律和连续损伤力学理论建立了声发射与损伤变量之间线性关系式 ;用不同孔隙率的阜平大理岩进行了双轴压缩试验 ,模拟了双向受力状态下的岩爆 ,研究了其破坏过程中的声发射特征 ,并从岩石损伤的角度分析了岩爆的发生机制。     

岩爆断口扫描电镜分析及声发射特性

文中用花岗岩、闪长岩和大理岩通过双向加载系统模拟了地下巷道岩爆的发生,用扫描电镜对试件断口进行分析,研究了岩爆的发生机制;并用声发射检测系统记录了岩爆发生过程中的声发射特性,提出了岩爆的预测方法。     

真三轴单面临空花岗岩岩爆自组织临界特征研究

为探究不同应力状态下花岗岩岩爆失稳特征,开展真三轴单面临空岩爆试验,结合声发射监测系统,根据自组织临界理论,分析岩爆过程应力变化及声发射能量序列的时间属性和定位信息的空间属性。试验结果表明:将岩爆自组织过程分解为时间线与空间线,最大程度地实现了岩爆自组织过程的可视化及岩体状态的量化,且能量时域性通过了幂律特征的验证,具有较强自相似性;岩爆孕育过程第二阶段的临界指数相对第一阶段较大,说明岩爆发生的概率随着自组织演化加剧;岩爆自组织行为存在中间主应力效应,随着中间主应力增大对岩石破裂限制作用增强,临界点出现越晚,临界指数越大,同时高中间主应力下亚临界点至临界点的平静期较长,自组织行为较弱,易诱发突发性强、破坏性大的岩爆灾变,预测难度增加。本研究结果为精确预测岩石岩爆提供了更为前沿、完善的思路。     

灰色突变理论及声发射在岩爆预测中的应用

根据声发射机理,将灰色理论和突变理论相结合,建立声发射参数的灰色尖点突变模型。在刚性试验机上,通过单轴受压岩石破坏全过程进行声发射试验,得到了岩石破坏全过程力学特征和声发射特征,研究岩石破坏规律。利用建立的模型和试验中的声发射参数,对某矿岩爆进行预测,并得到了巷道发生岩爆的声发射参数临界值。     

圆形硐室岩爆发生机制及预测预防

从微观角度分析了圆形硐室片帮型岩爆发生机制。用灰绿色闪长岩模拟了双向受载下硐室岩爆的发生 ,记录岩爆发生过程中的声发射 ,二者在一定程度上具有一致性。提出了监测方法以及对岩爆的防治措施。     

使用声发射测试结果预判岩爆等级

岩爆等级预判是进行岩爆灾害预警的重要基础,而岩爆本身的复杂性给岩爆预判带来了很大困难,为实现岩爆等级快速、准确地预判,采用声发射测试技术获取不同方向（纵向、斜向和横向）岩石的标准试样（直径为50mm、高度为100mm）在室内单轴压缩加载过程中的声发射特征,基于不同方向试件主破裂前的累积声发射能量E_q与最终破裂后的累积声发射能量E之比分别提出相应的岩爆等级预判新方法,并将预判结果与实际岩爆等级、传统方法的岩爆预判结果进行了对比。结果表明:基于不同方向试件E_q/E值的岩爆等级预判结果准确率均达到80%,与实际岩爆等级吻合性较好;与传统岩爆预判方法相比,基于E_q/E值的岩爆等级预判结果更为可靠;使用不同方向试件E_q/E值进行岩爆等级预判时,预判结果的准确率从高到低依次为纵向、斜向和横向。研究结果对于岩爆灾害防治具有一定的参考价值。     

花岗岩巷道岩爆声发射信号时频特性实验研究

通过对花岗岩开展双轴卸荷岩爆模拟实验,利用FFT变换获取声发射信号主频,分析岩爆孕育及发生过程声发射信号主频变化规律,研究花岗岩巷道岩爆声发射信号时频特性。研究结果表明:声发射能率和RA值在时间序列上具有明显的阶段性特征,可以很好地反映岩爆孕育、发生全过程;声发射信号主频随岩爆孕育、发生演化过程整体呈下降趋势,岩爆发生后主频平均值比岩爆发生前降低3.06kHz;花岗岩岩爆全过程主频集中在38~50kHz,区间内不同频段占比呈高斯分布;42~43kHz频段的主频占比在岩爆发生后变化最大,对岩爆的发生最为敏感,建议将此频段主频占比达到某一阈值作为岩爆发生的前兆判据。研究结果为岩爆灾害的预测提供了新的方法和依据。