声发射等多种技术在采空区稳定性监测中的应用

介绍了岩体声发射技术及应力、位移观测在云南某铜矿采空区稳定性监测中的应用情况,分析了监测过程中岩体声发射信号的变化特性以及采空区稳定性变化对区域内巷道和采场的影响,对矿山采空区监测预报作了初步的探讨.     

岩体声发射混沌动力学

采用混沌动力学研究了岩体声发射活动规律,并提出了岩体声发射时间序列确定性检验方法;计算了在岩体变形与破坏过程中不同阶段声发射混沌吸引子,分析了各阶段混沌吸引子变化规律;将混沌与神经网络相结合,建立了岩体声发射预测模型.此外,对工程岩体声发射进行监测,对测量数据进行了自适应滤波去噪处理.研究结果表明:工程岩体声发射活动存在4个不同的阶段:声发射稳定期,声发射活动初期,声发射活动加剧期和活动反转期.岩体破坏出现在声发射活动反转期,在此阶段声发射出现反常,混沌吸引子D减小;混沌动力学能反映岩体的声发射活动特征,所建立的模型能预测和分析工程岩体稳定性.     

采动煤岩体劣化过程中声发射损伤效应数值模拟

为了研究采动下煤岩体劣化过程的声发射特征并分析其演化规律,运用真实破裂过程分析RFPA2D系统,进行了载荷下煤岩试样的声发射数值模拟试验,分析了加载过程中煤岩体的初始裂纹出现及其扩展过程。模拟计算结果表明:随着加载的进行,煤岩体中的声发射事件逐渐增多,破裂带逐渐显现,直至煤岩体主破坏产生时形成了非常明显的破裂带,此时煤岩体中声发射频度突增,而对应的载荷出现突降;主破坏发生后,由于残余应力的作用,声发射处于较低水平,声发射总频次曲线也基本上没有增长,几乎与载荷曲线保持在水平状态。上述结果对利用煤岩体声发射特征进行煤岩的破坏过程实时动态监测提供了可能性,从而为煤与瓦斯突出动力灾害预测预报问题的深入研究奠定了理论基础。     

声发射技术在蹬空开采采场关键层中的应用

为了解决蹬空开采中如何有效的对下组煤采空区上覆岩层进行矿压监测。在采矿工程中,运用声发射技术来监测、预报煤矿的冲击地压。声发射技术是一种实时、连续的岩(煤)体声发射监测技术,最初主要应用在地震监测方面,经过几十年的研究和应用,中国声发射监测技术取得了很大发展,在矿压中的应用已达到了实用阶段。通过对声发射技术的理解,结合采矿工程中关键层理论,将其应用到蹬空开采中。首次提出了监测层和蹬空开采声发射模型,并以工程实例进行了分析研究。该成果对采矿工程具有一定的参考价值和指导意义。     

基于非线性动力学采空区稳定性监测分析

阐述了非线性监测监控技术在岩石地下工程围岩稳定性分析与预报的重要地位和声发射技术在该领域的应用特征 ,并将其用于实际工程中 ,通过实时监测监控 ,分析了岩石声发射的时间序列与破坏过程 ,对安全施工与生产有实时性、可靠性和可预测性。     

基于非线性动力学采空区稳定性监测分析

阐述了非线性监测监控技术在岩石地下工程围岩稳定性分析与预报的重要地位和声发射技术在该领域的应用特征，并将其用于实际工程中，通过实时监测监控，分析了岩石声发射的时间序列与破坏过程，对安全施工与生产有实时性、可靠性和可预测性。     

桥梁声发射检测中的噪音特征及除噪技术研究

为了研究桥梁声发射检测中的噪音特征,并得到相应的除噪方法,在一座预应力钢筋混凝土公路桥的箱梁内部进行了声发射试验.通过对环境噪音声发射信号的波形图分析、参数关联分析、以及声发射源平面定位时定位组传感器所接收信号的逻辑分析,得到了环境噪音声发射信号的基本特征,并总结了相应的除噪方法.研究表明,通过设置合适的采集门槛以及采集频率范围,可以达到很好的除噪效果,另外,在进行声发射源定位时,利用声发射信号参数的逻辑关系分析,可以进一步滤除已经形成事件的环境噪音,同时,对定位图进行聚类,可以使聚类中心更趋于声发射源.     

光纤传感器对煤岩体声发射的检测

为实时掌握煤岩体安全状况,将光纤Sagnac传感器应用于煤岩体的声发射检测。当煤岩体因外力或内部缺陷产生的声发射信号被光纤传感器检测到,光纤传感器输出端的输出光强便发生变化;通过对输出光强进行监测,并经傅立叶变换后得到声发射信号的频率特征。对整个系统进行计算机仿真,结果表明,该系统适用于煤岩体声发射信号的特征识别。     

铺面材料性能诊断与评价中的声发射技术

为充分运用声发射测试技术,实时动态感知铺面结构层内部的损伤信息,全面揭示其变形破坏全过程的演化机制,从声发射源定位、声发射信号处理、参数分析、铺面材料声发射技术应用等方面,系统地回顾与梳理了声发射技术的关键要点、研究进程与发展前景.声发射源定位方面,归纳了传统迭代算法、线性方程、智能模型的原理及优劣;声发射信号处理方面,介绍了小波变换、HHT等巩固信号波形特征与降低噪声干扰的方法;声发射参数分析方面,阐明了反映声发射过程的参数类型和非线性特征及参量耦合作用下损伤本构方程;铺面材料声发射特性的研究,分别凝练了混凝土和沥青混合料在不同受力条件、环境作用、材料组成等影响因素下声发射阶段性的变化规律和特征行为.实践表明:声发射技术能够补充和完善现有路面损坏检测技术,且能有效实现铺面材料内部损伤实时监测与诊断及其性能的定量与定性评价.     

压剪破坏条件下型煤的声发射特征研究

为了给煤炭开采活动中煤岩体和巷道压剪破坏的预报预测提供一定的依据,采用微机控制试验机进行了型煤试块的压剪破坏试验,研究了压剪破坏条件下的声发射特征及压剪应力状态的影响.试验结果表明:声发射伴随于整个型煤压剪破坏的始终,压密阶段之后,声发射事件随应力的增减而增减;当压应力等于剪应力时,声发射事件与试样应力曲线变化趋势最为接近;随着型煤试样剪切破坏强度的下降,声发射事件的峰值也呈现逐渐减小的趋势;低剪切角条件下声发射事件高于高剪切角条件下声发射事件.     

Comprehensive evaluation of high-steep slope stability and optimal high-steep slope design by 3D physical modeling

High-steep slope stability and its optimal excavation design in Shuichang open pit iron mine were analyzed based on a large 3D physical simulation technique. An optimal excavation scheme with a relatively steeper slope angle was successfully implemented at the northwest wall between Nos. 4 and 5 exploration lines of Shuichang Iron Mine, taking into account the 3D scale effect. The physico-mechanical properties of rock materials were obtained by laboratory tests conducted on sample cores from exploration drilling directly from the iron mine. A porous rock-like composite material was formed for the model, and the mechanical parameters of the material were assessed experimentally; specifically, the effect of water on the sample was quantitatively determined. We adopted an experimental setup using stiff modular applied static loading to carry out a visual excavation of the slope at a random depth. The setup was equipped with acoustic emission (AE) sensors, and the experiments were monitored by crack optical acquirement, ground penetrating radar, and close-field photogrammetry to investigate the mechanisms of rock-mass destabilization in the high-steep slope. For the complex study area, the model results indicated a clear correlation between the model's destabilization resulting from slope excavation and the collected monitoring information. During the model simulation, the overall angle of the slope increased by 1-6 degrees in different sections. Dramatically, the modeled excavation scheme saved over 80 million tons of rock from extraction, generating enormous economic and ecological benefits.     

破碎围岩环境下巷道应力与变形监测

开采过程中,破碎围岩环境下巷道煤岩结构及应力与变形随时间演化行为直接影响其稳定性。通过理论计算,结合现场应力监测、声发射(acoustic emission,AE)和钻孔窥视等手段,定量确定了工作面煤巷的松动范围和塑性区范围,综合分析了破碎围岩环境下煤岩非对称变形特征,为工作面安全开采提供了依据。     

Comprehensive assessment on dynamic roof instability under fractured rock mass conditions in the excavation disturbed zone

The damage process of fractured rock mass showed that the fracture in rocks induced roof collapse in Yangchangwan Coal Mine, China. The rock mass was particularly weak and fractured. There occurred 6 large-scale dynamical roof falls in the excavation disturbed zone (EDZ) with the collapsing volume of 216 m3. First, the field detailed geological environment, regional seismic dynamics, and dynamic instability of roadways were generally investigated. Second, the field multiple-index monitoring measurements for detecting the deep delamination of the roof, convergence deformation, bolt-cable load, acoustic emission (AE) characteristic parameters, total AE events, AE energy-releasing rate, rock mass fracture, and damage were arranged. Finally, according to the time-space-strength relations, a quantitative assessment of the influence of rock-mass damage on the dynamic roof instability was accomplished.     

破碎围岩条件下开采扰动区LSMA的动力失稳

破碎围岩环境下大断面巷道开挖必然形成大尺度采空区(large scale of mined-out-area,LSMA),其围岩介质的变形与失稳行为及过程很复杂,主要涉及到开采扰动区(excavation dis-turbed zone,EDZ)范围内围岩力学性态及强度劣化特征、顶部岩层非稳态下沉与水平挤压变形耦合作用诱致动力失稳、深层围岩离层演化至局部化冒落失稳等,且其变形从微尺度演化为大尺度(寸)过程具有复杂的非线性特征,这为灾害治理带来挑战。基于现场调查,利用表面变形与深部离层规律综合监测与锚杆(索)力学性态试验及测试,结合室内物理相似模拟和数值模拟试验,深入分析复杂地质条件下松软破碎围岩局部化变形与演化失稳机理,为工程防灾和减灾提供科学依据。     

大型隧道锚施工优化及其稳定性分析

针对隧道锚的施工及支护优化问题,根据坝陵河大桥西锚碇隧道锚工程地质条件、工程设计资料、施工方案以及现场试验监测资料等基础资料,进行了位移反分析;通过对隧道锚施工开挖的仿真分析,综合研究了开挖进尺、施工顺序、锚杆预应力水平等因素对隧道锚围岩开挖变形特征和塑性区分布的影响,从而提出了合理的施工开挖方案以及支护措施,并应用于实际工程施工过程中,结合监测成果评价了隧道锚围岩变形稳定性.此项研究可为同类工程提供参考.     

不同传感器安装方式对隧道现场声发射参数监测结果的影响

为研究不同传感器安装方式对隧道现场声发射监测结果的影响,以渝广高速华蓥山隧道掘进爆破中的声发射响应试验为依托,通过隧道现场试验的方法对比了原岩表面安装、初衬表面安装、锚杆端部安装等3种声发射传感器安装方式下的声发射参数监测结果。从参数分析结果来看,不同的传感器安装与耦合方式对声发射监测结果有较大的影响,尤其是锚杆端部安装方法的声发射参数监测结果与前两者差异较大,这种差异主要源于波传播过程中穿过的交界面数量及介质截面积变化等,因此在现场监测过程中应当重点关注监测点附近的结构特征,选择合理安装方式,或充分利用监测点附近结构对信号的放大效应,削弱衰减与环境噪声的影响。     

一类基于最小二乘法的声发射源组合定位算法

介绍了声发射源时差定位方法的基本原理及其常用的声发射源定位方法.针对声发射源三维定位常规算法中初始值的选取影响算法收敛速度和定位精度的问题,充分利用最小二乘算法的估计特性,改进定位算法,提出一类基于最小二乘法的Geiger优化迭代组合定位算法.数值仿真算例表明:该方法能有效解决迭代法的初始值问题,保证算法的收敛并且提高迭代算法的收敛速度.     

车削过程中刀具磨损和破损状态的自动识别

采用机床主电动机功率法和声发射(AE)法来获取切削过程中发出的刀具磨损和破损信号,建立了刀具状态试验系统.在试验数据的基础上,建立了功率信号的自回归时序模型,在提取作为刀具磨损特征量的模型参数时考虑了切削用量的影响.针对刀具破损时功率信号时域幅值变化的随机性,提出用延时方差法来处理功率信号,数据分析结果表明,这种方法是可行的.针对切削过程中发出的AE信号,采用时频分析的方法进行处理,提取出反映刀具破损的特征量,最后利用2个并行的自适应共振神经网络ART-2实现了刀具状态的自动识别,识别成功率达到95%.     

含孔花岗岩破裂过程不同区域声发射特征

利用孔洞对声发射(AE)传播的阻隔作用,对AE探头监测区域进行分区.通过含孔花岗岩双轴加载破坏过程的AE多通道监测实验,研究了岩石变形破坏过程不同区域AE特征及其与破坏模式之间的关系.结果表明:试件的AE探头监测区域分为独测区、共测区、盲测区;试件共有两种破坏形式,“V”型和贯穿型;对于“V”型破坏的试件,主破裂发生在独测区,各通道的AE特征明显不同;对于贯穿型破坏试件,主破裂发生于共测区,各通道的AE特征较为相近.     

巷道岩爆孕育过程的数值模拟

针对岩石类动力学灾害如地震、岩爆、冲击地压、煤矿开采中的三突问题,其形成机制都可归结为岩石损伤演化诱致结构灾变的模式。工程结构灾变区的形成和发展可以通过数值模拟确定。根据微损伤不可逆演化原理,利用格形有限元模型,模拟巷道断面在自适应位移加载条件下,从点状微损伤斑图到宏观贯通断裂的不可逆的跨尺度生长过程。数值程序是在ANSYS平台上开发。