微地震监测技术在矿井灾害防治中的应用

煤矿中发生的岩爆、煤和瓦斯突出、出水等地质灾害 ,与岩体中的微地震现象有着必然的联系。首先介绍了微观尺度下声发射的力学机理。其次通过对微地震现象的定位和一些参数如频率、能量、分维数等的分析 ,说明了它们在灾害预报中的作用。已有的观测结果表明 ,频率的降低、大能量事件发生和分维数的减少都预示着地质灾害即将发生 ;然后归纳了采矿活动导致的岩石破裂产生的微震的力学机理 ,可分为高垂直应力、低侧压 ,高侧压、低垂直应力等 4种剪切类型 ;最后介绍了澳大利亚联邦科学与工业研究组织 (CSIRO)与我国的兴隆庄煤矿进行的微地震方面的研究与合作 。

岩石类材料声发射事件的波谱分析

对石灰岩和陶瓷试样分别进行了单轴抗压和围压实验,记录加载过程参数和声发射信号并进行了对比分析.结果表明,声发射现象与加载卸载能量突变有直接关系;利用小波分析可以有效地去除信号噪音,并实现信号的分解重构.对去噪后的信号能量谱密度进行分析,发现大能量声发射信号的能量谱密度与小能量声发射信号的能量谱密度存在明显的差异,这些差异基本上不随试样材料和加载方式变化.

微地震的线性方程定位求解及其病态处理

岩体破裂时会产生微地震现象,微地震的发生与岩体内部的能量释放以及进一步的裂纹演化、破裂有着密切的关系。所以,可以用微地震的时空分布来预测岩体的破裂。微地震定位是预测岩体破裂的基础。研究了微地震定位方程求解过程中不同情况下解的几种情况无穷解、唯一解和最小二乘解。由于定位问题属于反问题,因此,定位方程往往呈现病态,为此,进一步分析了病态方程的正则化处理方法。实际算例证明,用正则化方法求解定位方程具有计算简单、收敛速度快的优点,非常适合求解此类问题。

弹性介质中爆破地震波传播的分区变化规律研究

装药爆炸后产生地震波并且向周围传播。传播过程中,由于地质构造的变化,地震波的幅值、频率等都会产生一系列变化,而这种变化规律随时间和空间改变,对地面建筑物的安全有着重要影响。根据工程应用的实际需求,借助解析和数值计算相结合的方法,利用计算结果划分了不同的分区,并且求得了一般情况下不同区域的爆破地震幅值的变化规律。

剪应力在缺陷体声发射过程中的作用

岩体受到外力时内部应力场发生变化,会产生声发射事件.对声发射的原因进行了对比研究.在已有工作的基础上对含缺陷体模型进行了有限元仿真计算,得到了不同应力的分布.对应力场和声发射定位的图形辨识发现,单轴压力实验和围压实验均是由剪切应力诱发为主,大致占总声发射数的1/2～2/3,而正应力引发的声发射事件较少.

铁路下隧洞爆破作业的安全评估

如何在开挖地下隧道的同时,保证地面上重要建(构)筑物安全,是控制爆破研究的重要问题之一,一直引起各方面的重视。很多学者和专家也提出了控制爆破地震的方法和措施。根据开挖、爆破和机车运行的实际情况建立了数学模型,并利用数学工具软件对爆破地震和火车运行安全的相互影响进行了分析,作出了安全评估。

微地震监测中传感器的布置方法

利用微地震监测矿山安全 ,首先的问题是如何布置测震传感器。传感器的布置应当考虑与定位算法结合 ,经济、安全、高效 ,可操作性强 ,布置点所受其他方面的干扰最小。

数学实验揭示的岩体声发射参数变化

对非均匀性材料的破坏过程进行数学实验。方法是用随机数值矩阵描述岩石材料的非均匀性 ,依据矩阵数值大小与图形亮度的对应关系 ,用不同亮度的图形单元表示不同岩石单元的受力和声发射状态。单元超过受力极限时破裂产生声发射。模拟材料受外荷载时的变化并且计算了几个声发射参数的变化。结果表明破裂过程中不同声发射事件的距离、能量和频数及其差分的变化趋势高度一致。在此基础上建立了安全系数与距离、能量和频数及其差分的关系。对得到的数值进行归一化处理 ,可用来预报岩石材料的安全状况或破裂危险。

爆破方法改变分区破裂巷道围岩应力传递

深部开采中的高地应力对巷道围岩的稳定造成很大的影响。地应力的大小虽然不可以改变,但是其分布却可以通过爆破方式,人为干预的方法,造成的局部的改变。笔者提出了一种新的解决高地应力下解决巷道围岩稳定的方法:通过巷道外部围岩内的装药结构,引爆后通过装药的内部作用在巷道顶部的装药区域贯通,造成分区破裂;分区破裂的强度降低,在周围高应力作用下,起到"孔洞"的作用,改变局部地应力的传递路径,一定程度上起到应力"间隔"的作用。计算结果表明,分区破裂的"孔洞"效应,改变了地应力在局部的传递路径,改变了地应力对巷道围岩的作用,使得巷道围岩及其支护趋于安全。本文提出的方法对维持巷道的安全、稳定具有很大的实用价值。

微地震监测中传感器的埋置误差校正

利用检波器监测矿山微地震事件时 ,由于多种原因 ,三分量检波器的埋置可能存在一定的偏差 ,并且这些偏差的程度和方向各不相同。由此导致了检测的微地震波形出现畸变。本文主要对煤矿上应用较多的垂直正交型三分量检波器的埋置误差问题进行了讨论 ,并根据实测数据进行了验证。

用图像处理方法研究非均质材料的声发射

根据几种不同强度单元的分布构造材料,依据图形变化与受外荷载的亮度对应关系,讨论了材料的受力变化。用图形亮度表示不同均质程度岩石单元的受力、破坏和声发射状态,结果表明:声发射模式与所取门槛值有很大关系。不同检测门槛值得到的声发射模式可能不同,通常情况下,材料在接近破坏时声发射的能量会增加很多倍,所以,采用较大门槛值检测声发射事件,并预测岩石的破裂具有可行性。

边缘检测法预测非均匀岩石材料的破裂

由于岩石存在内部缺陷,绝大多数岩石材料都具有非均质性。这种不均质性导致了材料在受到外部荷载时产生局部裂纹并且在得到能量后继续生长发育,最后使材料发生破坏。讨论了用边缘检测方法求解岩石材料在加载过程中可能发生的破裂发展。根据某一既定概率密度函数构造了一种岩石材料模拟加载,并且根据边缘检测方法得到了可能的破裂结果。对已有实验结果图象进行检测,证实边缘检测能够预测出岩石试件加载可能发生破裂的区域,结果基本正确。

扇形布孔方式在斜坡开挖爆破中的应用

对较陡斜坡情况下的路堑施工进行讨论 ,结合工程实际提出了在陡坡堑开挖中采用扇形深孔爆破技术的参数设计方法与施工工艺 ,对其若干技术问题诸如炮孔间距、水平炮孔上部岩体体积、起爆顺序、飞石的防护等进行了分析探讨 ,提出了解决方案。

土石坝的爆破地震安全评估

根据坝体建立模型,通过模态分析得到大坝的固有频率。然后将开挖爆破时的现场爆破地震测量数据输入到模型中进行坝体的动力学行为仿真计算,得到了坝体内部的受力情况,在此基础上对土石大坝的安全状况进行了分析和评估。

煤与瓦斯突出的“霰弹”模型及其变化规律

煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯作用下,瓦斯携带煤块向自由面冲出的过程,该过程的参数变化反映了煤与瓦斯突出变化的规律。由于煤炭开采的周期来压作用和含煤地层力学性质的各向异性,含煤地层中不同区域的瓦斯集中程度不同。这些高压瓦斯加剧了煤体破裂,形成的裂隙也为瓦斯的宣泄创造了通道。一旦有距离合适的自由面,瓦斯就会冲破阻力,携带大量煤块向自由面急剧冲出,形成煤与瓦斯突出。此过程与"霰弹"发射相似,因此采用"霰弹"模型描述。结合瓦斯突出的动力学过程与数值计算结果分析发现,要避免煤与瓦斯突出,阻止"霰弹"发射,提出了防治瓦斯突出的措施:破坏"炮弹",即改变煤体块度,尽量降低煤块颗粒直径;破坏"枪筒",利用爆破制造煤与瓦斯突出区域的排出通道,降低瓦斯密集度;阻止扣动"扳机",利用爆破方法改变煤与瓦斯突出倾向区域的地应力传递。

掏槽爆破中颗粒的受力分析

借鉴工业生产中的两相流动方法研究掏槽爆破中的颗粒运动规律。结合掏槽爆破中气—固两相流动的实际情况 ,研究了岩渣颗粒在复杂情况下的受力机理 ,讨论了这些不同因素对掏槽爆破的不同作用 ,并据此对掏槽过程进行了分析。

注水抑制煤与瓦斯突出的作用研究

结合煤与瓦斯突出现象,通过数值计算方法揭示了水对突出的抑制作用。煤炭开采的周期来压作用,相当于给含煤地层的不同区域施加了时空变化的受力条件,部分区域因为应力集中积聚了大量弹塑性能量。由于地应力和瓦斯的交互作用,煤体破裂成为煤块、煤粉,形成的裂隙也为瓦斯的宣泄创造了通道。针对此过程进行计算,定量探讨了水对瓦斯突出的抑制作用。结果表明瓦斯在煤层中产生的位移大,积蓄的弹性应变能大,对煤与瓦斯突出的作用更大,更具危险性和破坏性,而水对瓦斯突出起到抑制作用;瓦斯在煤层上部1/2~1/3处造成的位移最大,该处成为了抽放瓦斯的有利位置;合理利用水,注水降低煤体中积蓄的变形能,可以降低煤与瓦斯突出的风险。

含水和不含水岩体隧洞群爆破开挖的震动比较

一般地下岩体中都含有孔隙水,孔隙水的存在对于隧洞爆破工程有着重要影响。多条隧洞爆破开挖时,含水隧洞围岩在爆破激励作用下,巷道之间也会互相影响。采用现场爆破监测和数值计算相结合的方法,对含水、不含水2种不同的工况进行了计算研究:对隧洞群的爆破开挖进行了监测,提取其中较强的震动信号,根据最不利工况的选择,把它加载到根据实际情形建立的地下隧洞群模型上,模拟某次实际的爆破过程。提取计算时程中不同巷道部位较危险位置围岩点的震动数据加以分析,得到饱和水围岩在爆破震动下的变化规律,对含水围岩的安全趋势做出研判,对同类工程的安全施工作业具有参考价值。

饱和水岩体中大断面巷道群的爆破安全研究

利用爆破振动作为信号源，运用3种不同的计算和测试方法，对爆破施工现场地下饱和含水巷道群的矿山法施工安全进行了计算和安全评价。结合现场岩石条件，对含饱和水、不含水2种工况进行了模拟计算．比较了计算结果，围岩充水时岩体内部受力情况劣化，内部应力增大约13％～15％：通过对爆破振动的现场测量．结合测点几何坐标．计算出了巷道围岩在爆破时产生的振动附加力，对隧道围岩的稳定性进行了评价，为现场支护的时间安排提供了指导意见。另外，结合地震勘探的方法，进一步求出了围岩的品质因子，细化了围岩在受到爆破振动时的衰减规律，为区域隧道群的合理、安全开挖提供了工程参考。

临时锁口崩落方法

复合井壁由于其本身结构的特殊性，在爆破拆除中应采取相应措施。本文根据其结构之特殊性在装药中进行了相应变化，从而得到了良好效果。