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采空区声发射监测记述.ppt

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采空区声发射监测记述

采空区地质灾害监测与预报 前 言 国内外在矿山地质灾害的监测、预报分析方面,已取得了显著进展。 特别是大量监测仪器的研制、现代数、力理论及计算机技术的引进,为地质灾害的分析,预报奠定了理论基础,提供了科学的手段。 采场冒顶、采空区冒落是地下矿山开采过程中常见的灾害,直接威协井下工作人员和设备的安全,导致有价值的矿产资源损失。对采场冒顶、采空区冒落灾害的有效监测、预报及控制技术为采矿界一世界性的研究难题。 岩体在受力变形过程中以弹性波形式释放应变能的现象称为声发射(Acoustic Emission 简称AE), 声发射技术是研究岩石力学性质的一种声发射方法。声发射作为一种探测表征岩体内部状态变化的工具,近几年已越来越多的为人们所重视。 最早对材料声发射现象进行研究的是1941年美国矿山局的工程师奥伯特(Obert)和杜瓦尔(Duvall)以及加拿大的霍奇森(Hodgson),当初他们对采矿开挖过程中岩爆的预测问题都很感兴趣,他们不仅是用声发射来监测结构的最早构造者,而且也是最先采用声源技术确定最大应力的实施者,使声发射技术作为一门公认的技术则是德国的凯塞(Kaiser)在50年代初所作的工作,他发现了声发射的不可逆效应,即揭示了材料具有“记忆”应力的能力。 岩体声发射监测技术方法 声发射的监测方法一般分为两类: 一类是流动的间断性监测方法,采用便携式声发射监测仪对某些测点不定期实施监测,根据声发射参量的变化,判断岩体破坏趋势,评价岩体结构的稳定性,预报危险破坏的来临; 另一类为连续监测方法,采用多通道声发射定位系统对某一区域实施连续监测,利用到达各探头的时差和波速关系可确定震源位置,从而评价、预测岩体的破坏位置,及时掌握地压发展的动态规律,便于矿山制定安全生产计划。 声发射监测技术具有如下特点: (1)利用岩体在开采过程中产生的声发射参量的变化来判断岩体的破坏位置和时间,可以实现对岩体稳定性的连续、实时监测,及时预报地压活动。因此,这种方法与其它地压监测方法相比具有实时、连续、信息多等特点。 (2)利用声发射定位监测技术可以推断采场岩体破坏的时间和位置,监测范围广,在判断顶板破裂、断层位置等方面具到独到的见解,是发现、圈定和估计岩体结构内潜在破坏带的有用工具。 (3)声发射监测技术在地压监控上的应用突破了传统的监控方法,抛开了传统的分析岩体应力、位移等为主要观测对象的观念,特别是在预测预报方面,由于声发射参量携带大量有关岩体特性的信息,且在岩体破坏之前就产生变化,以声发射参数为预报指标能够对岩体破裂与冒落提前预报,可保证现场有足够时间采取安全措施 利用声发射技术监测采场岩体的稳定性状态, 主要应考虑以下几项与该技术应用有关的因素: 第一个因素是用于描述声发射特性的术语 第二个需要考虑的因素是测试设备 第三个重要因素是岩体的声发射研究的频带 一:描述声发射特性的术语 累计活动(N) 声发射事件率(NR) 声发射幅度(A) 声发射能量(E) 累计能量(ΣE) 能率(ER) 第二:测试设备 在实验室和现场岩体中进行声发射监测存在着许多技术困难: 在实验室合适的加载设备的设计是一个重要问题。 现场研究的复杂性: (1)在于存在由机械或人工所产生的频率相对不高(100到20000 c)的“人工噪音”,此种噪音必须经过过滤除去; (2)与声发射相关的应力波当通过低Q值的岩体时所受到的快速依频衰减; (3)是由于不知道岩体各个方向的传播速度和地质构造的复杂性因而难于精确地确定音源位置。 第三:岩体声发射研究的频带 当考虑金属材料和结构的研究时,通常考虑的频率范围为100kc到2mc。但是大部分岩体的声发射研究都是大大低于这一范围的频带内进行的。图1所示为通常所谓的声发射研究所考虑的频率范围。 岩体声发射活动规律分析研究 研究岩体变形非稳定性问题,目的在于对这种非稳定性问题进行预测预报。因此,研究的关键是寻找岩体失稳的前兆规律, 虽然已有的研究成果证实岩体变形过程中的声发射活动是预报岩体失稳最有用的前兆信息,而由于以往对声发射活动的时空分布规律及活动模式缺乏系统的研究,也就是对岩体声发射的机制不甚清楚,知其然而不知其所以然,因而不能正确地利用所监测的信息进行系统稳定性辨识 岩体声发射活动规律分析研究 声发射事件的时空分布特征 从大量的实验和现场监测数据发现,在岩体临近破坏时, 声发射事件率(NR)增加,一般是稳态声发射事件率的数倍。这种增加接着将在即将产生岩体破坏之前紧跟一个声发射活动的急剧减少,这个现象称作为微震反常现现象。所以声发射事件率的变化被广泛用作预

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