深部片麻岩破坏全过程声发射时频域信号特征及前兆预警研究

针对矿山深部开采中岩石突发性灾害事故频发问题,以揭示岩石破坏前兆特征为目的,以金厂峪金矿深部片麻岩为研究对象,采用单轴压缩声发射试验,研究深部片麻岩承载过程与声发射时频域特征的关联性,并深入分析岩石失稳破坏前声发射时频域参数的前兆特征及两者的耦合性。结果表明:(1)声发射时域参数振铃计数在屈服阶段表现出明显的"单峰"型突增浮动特征;振铃计数率、累计振铃计数和能率、累计能量在临近破坏前呈现"高值突增"现象。(2)岩石破坏全过程声发射主频分为5个频带,低频带信号(0~40 kHz)占比呈现先增大后减小、再增大又减小的规律;中低频带信号(>40~80 kHz)零星分布,无明显特征;中频频带信号(>80~130 kHz)在岩石破坏全过程中占比最大,且呈现稳定变化趋势,临近破坏前呈现快速增大特征;中高频带信号(>130~160 kHz)只在岩石临近破坏前才出现;高频带信号(>160~200 kHz)占比呈现先减小、后增大的规律。(3)临界破坏前振铃计数、能率的"突增"和高频信号在相同时间所表现出的"快速增加"和"下移"特征以及低频信号"缺失"的特征可作为岩石失稳破坏的关键前兆信息。通过分析声发射时频域特征参数变化,可以更加准确地对岩石破坏前兆信息进行判断识别,这对矿山开采及工程施工安全预警具有重要的应用价值。

组合断层煤层大能量矿震的前兆信息特征规律研究

屯宝煤矿WII02040501综放工作面回采期间,组合断层区域微震大能量事件频发且异常集中,为精准识别组合断层下冲击地压前兆预警信息,统计分析了工作面回采速度偏差值下有效预警时间窗范围,选取微震能量偏差值D_(e)、微震频次偏差值D_(f)为断层区冲击前兆异常指标,并融合断层总面积指标A(t)对WII02040501工作面进行综合预警。研究表明:工作面的微震能量和频次随断层距离接近而上升,进入断层区后指标达到峰值并保持高值异常,回采过断层后指标逐步降至正常水平,表明工作面微震事件受断层影响显著;大能量矿震发生前,D_(e)会先缓慢降低,然后突升,变化量大于70,大能量矿震当日能量偏差值均超过100;D_(f)则呈现先升高后降低的趋势,大能量矿震前3~5 d,频次偏差值出现低点临界值,临界值为0.47;A(t)在大能量前8 d内略微下降后迅速增大,表明组合断层受采动应力影响,导致断层活化,诱发了大能量矿震事件。

结合应变场和温度场裂隙砂岩破坏规律及灾变预警研究

为探究裂隙砂岩变形破坏过程及破坏前兆特点,融合数字图像相关技术和红外辐射技术对双轴压缩含平行双裂隙砂岩试样进行非接触式全场观测,引入标准差指标定量描述其破坏过程中表面应变场和红外辐射2个领域信息演化过程、分异程度和破坏前兆异常点,并验证了2个领域全场信息的相关性。研究结果表明:双轴加载过程中,轴向荷载为峰值荷载75.4%时预制裂隙尖端出现翼型张拉裂纹,随后与端部出现的剪切裂纹连接产生宏观滑移面,试样失稳破坏;根据应变场标准差曲线特征,可划分为初始分异、稳定分异、加速分异3个阶段,而温度场标准差曲线演化可划分为稳定分异和加速分异2个阶段;应变场标准差和温度场标准差的皮尔逊相关系数均在0.6~0.91之间,呈现显著及高度相关关系;张拉裂纹与剪切裂纹出现之前,应变场分异速率曲线显现2个明显尖端点,温度场分异速率曲线在剪切裂纹处突增,可将其异常点视作预警信号。研究成果可为裂隙岩体预警破坏提供新的思路和观点。

基于微震监测的千米井采场地压监测与预警技术

千米井矿区深部开采过程中,易发生冒顶、片帮等地压灾害,对后续采矿的进度与安全影响较大。针对哈图金矿千米井矿区,通过微震事件时空演化规律,分析了围岩变形特征,划分出了地压活动较强的重点区域。通过微震事件累积视体积—能量指数变化规律分析岩爆和大尺度岩体破裂的预警前兆信息,根据预警前兆信息及时采取加强支护等保护措施,取得了良好的效果。

大型浮式起重机运行智能监控系统设计

以加强大型浮式起重机运行安全性为背景,提出一种大型浮式起重机运行智能监控系统的设计方法。该系统采用基于ARM和DSP的硬件平台,通过ARM+DSP的协调,实现传感数据采集与视频图像的压缩和存储,能够循环存储10 min的传感数据与视频图像。本系统的应用可为分析、判断大型浮式起重机运行状态及其安全事故提供可靠的科学依据,并能提供事故前兆预警以及远程故障诊断等技术功能。

加载速率影响下类硬岩声发射及破裂响应特征

为明确硬岩破坏失稳过程中的声学及破裂响应特征与加载速率相关性,对不同加载速率下类硬岩岩样进行单轴压缩试验及声发射测试,分析类硬岩力学参数特性、声发射现象及破裂响应特征,并基于声发射特征获得类硬岩破坏前兆预警信息。结果表明:类硬岩的峰值强度、弹性模量和峰值应变具加速率效应;随着加载速率增大,力学参数总体呈指数函数增长,相对低加载速率下(0.10~0.15 kN/s)的增长速率较快而在相对高加载速率下(0.20~0.25 kN/s)的增长速率略有减缓;声发射参数演化呈阶段性增长趋势,最大增幅与加载速率呈正相关;随着加载速率增大,AE幅度和幅度密度逐渐增大,AE振铃计数由低值低频向高值高频转变,AE能量由孤震型向群震型转变;加载速率对破裂模式及破碎形态具有明显影响,随着加载速率增大岩样由剪切破坏逐渐向拉伸剪切复合破坏、拉伸破坏演变,破裂程度增大并逐渐表现出岩爆倾向;声发射b值随加载时间增大经历了先上升、后波动、最后下降的演化阶段,呈逐渐减小趋势;类硬岩的临界破坏前兆点(b值)为0.68,声发射前兆信息的预警时序由大到小为累计振铃计数、累计能量、b值,具有良好的时效性和可靠性。研究成果对揭示硬质围岩体力学特征和破坏前兆信息预警提供一定参考。

矿山深部开采岩体稳定性监测技术研究

针对矿山深部开采过程中易发生地压灾害的问题,基于微震监测技术,结合矿山实际特点建立深部岩体稳定性监测系统。优化台网设计,通过定点爆破进行波速校正,最终建立了定位误差在10 m,灵敏度在-2.2的监测台网。对监测数据进行波形拾取,分析微震事件时空演化特征,圈定潜在危险区域,并对潜在危险区域围岩变形损伤进行分析。最终总结出微震事件大幅度上升且处于较高水平、空间分布高度集聚、能量指数突然下降而累积视体积迅速上升的动力灾害预警前兆。研究结果可为深部开采岩体稳定性监测提供参考。

阿舍勒铜矿微震监测系统建设与应用研究

为了应对阿舍勒铜矿二期深部开采工程中面临的地压灾害问题,结合深部地压活动性现状与采掘布局,合理选择了地压监测设备,设计了32通道微震监测系统台网布设方案,进行了现场安装调试以及定位精度反演与校准试验。在已建立系统的监测数据基础上,通过波形识别区分了微震信号与其他信号,建立了二期深部工程有效微震事件库,统计与分析了大尺度矿井范围内时间、空间以及定量地震学参数的趋势特征,结合现场地压灾害实例实现了监测预测,结果表明:时间序列上的活跃期、空间上的低震中集中度指标、定量地震学参数上的低b值和CUFIT值急剧积累至高值区后下降,是地压灾害发生的预警前兆。