采空区动力灾害监测的非平衡信号的子波变换分析

子波变换分析对大采空区动力灾害声发射监测的信号特征分析有很大的优势,本文尝试将子波变换技术应用在采空区动力学破坏监测的非稳态信号分析中.基于现场的工程分析与评价,结合统计力学的理论,对大采空区围岩非稳态破坏位置进行了统计推断以及对断裂位置正确定位.这为工程信号中奇异点的探测与识别和矿山采空区动力灾害声发射监测信号识别提供先进、可行的测试手段.     

路基下大采空区动力灾害监测预报

路基下采空区动力灾害监测是西部矿山多年来一直关注的焦点问题。将子波变换技术应用在路基下空区动力学破坏监测的非稳态信号分析中,基于现场的工程分析与评价,结合数值计算和统计力学的理论,对空区围岩非稳态破坏位置进行了统计推断以及对断裂位置正确定位。结果表明,该方法和技术是可行的。     

声发射信号预测山体滑坡基础性试验研究

对现场取样并二次加工的岩石样本采用深梁三点加载方式在5种工况(变速加载、匀速加载、破坏形态改变、加载环境改变以及尺寸改变)下进行剪切加载至破坏,以模拟岩体滑坡.进而基于声发射理论,利用声发射传感器对试验样本破坏全过程中的声发射信号进行实时采集,并形成相应位置的声发射信号随时间变化曲线.最终通过声发射信号曲线变化特征识别区分出岩石样本加载破坏整个过程中的不同阶段.试验结果证明,基于传感器合理布置位置,通过观察声发射信号曲线变化特征可以对山体滑坡面中关键点破坏的预警提供较好的判断依据,从而通过对多个关键点破坏位置的预警来预测滑坡面的早期形态,为今后声发射信号预测山体滑坡的工程应用提供试验基础.     

开采扰动区(EDZ)内层状围岩变尺度损伤及失稳预计实验及综合分析

在地下开采中常遇到层裂影响围岩力学行为,考虑到安全支护载荷及衍生动力灾害的可能性及工程应用,基于现场工程调查和室内多尺度煤岩动力破坏规律实验观察,建立了物理相似模型,完成了基于声发射(AE)的采空区覆岩变尺度损伤与断裂的模拟实验,对开采扰动区工作面周期来压(4个阶段)、围岩破裂与损伤的声发射特征参数(总事件与能率以及隐含的临界敏感性)等多元信息进行了综合比较,获得了老顶来压强度及支护阻力的定量化指标,这为工程现场EDZ内顶板大范围破断、围岩稳定性、破碎岩体失稳垮落等监测与控制提供依据。     

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.     

基于AE的煤岩破裂与动态失稳特征实验及综合分析

要进行大尺度采空区衍生动力学灾害的准确预测预报，必须进行煤岩破裂与演化为动力学失稳的定量化实验的前期研究。大柳塔煤矿1^-2煤处于厚风积沙、浅埋深、薄基岩工程与地质环境中，要实现6m厚煤层一次全厚开采，采后形成大范围采空区上覆煤岩破裂并演化为动力学失稳，极易诱发衍生灾害。基于对1^-2煤破裂失稳的声发射相关实验，综合分析煤岩破裂声发射总事件、能率与时间的之间的定量关系，包括加载上升阶段、初始破裂阶段、加速破裂阶段、破裂失稳后能量下降阶段与回弹阶段，这有助于确定合理的失稳前兆判据，以期对开采过程中诱发动力灾害的危险源在线辨识及预警提供定量化预报。     

深部矿井应力主导型煤岩瓦斯动力灾害声发射监测预警方法

矿井深部开采条件下,传统预测方法难以准确预测应力主导型煤岩瓦斯动力灾害的发生。为提高动力灾害预测的准确性和可靠性,以平煤十矿己15-24080采面为研究对象,采用声发射监测预警技术对工作面回采进行实时监测。研究发现,应力主导型煤岩瓦斯动力灾害发生前,声发射指标整体上呈现逐渐升高的趋势,且动力灾害发生在声发射指标演化曲线的下降段;声发射前兆模式呈现为指标"先上升后下降"的模式。基于此提出了"静态临界值与动态趋势预警"相结合的煤岩瓦斯动力灾害声发射判识预警方法,并建立了工作面应力主导型煤岩瓦斯动力灾害声发射判识预警准则,实现了对深部矿井应力为主导型煤岩瓦斯动力灾害的超前监测预警,确保了工作面安全高效开采,完善了声发射监测预警技术体系。     

多场耦合下急斜煤层开采三维物理模拟(1)

复杂环境与多场耦合作用下,采空区煤岩体非对称变形诱致局部化失稳并演化为动力灾害.针对于西北强震作用下煤矿采空区(局部化)动力失稳定量预报,以乌鲁木齐矿区急倾斜煤层放顶煤开采为背景,首先系统分析了物理模拟复合材料损伤与破裂的"声-光-电"信号迁移途径与有效可靠的测试方法,继而构建了大型立体地球物理模拟装置与"声-光-电"指标信息测控系统,形成动力灾害源的识别技术和危险性分析技术(平台).这最终为急倾斜厚煤层放顶煤开采技术参数的合理确定、提高灾害识别能力和预测精度以及灾害控制奠定科学基础.     

预应力混凝土梁损伤类型判别的试验研究

混凝土梁破坏过程中细部机理复杂,破坏源释放的声发射信号掺杂了多种破坏模式下的声发射信号。为方便声发射探伤的工程应用,需要对混合的声发射信号进行筛分,并最终将筛分归类的声发射信号与破坏模式相对应。利用SAEU2S声发射信号采集仪,采集混凝土试验梁在集中荷载作用下的全过程声发射信号,并通过设定开裂弯矩,提取正常使用阶段的声发射信号进行分析。通过两个基本假设,采用循环试算的方法,对声发射信号进行归类。结果表明:持续时间、能量、振铃计数等参数之间具有显著的相关性,能够相互替代。用持续时间对相关性显著的信号进行筛分,以持续时间为主要滤值,振铃计数、能量为次要滤值滤除不相关的信号,最终按照分布特征的不同将正常使用阶段的声发射信号分为14种类型,并给出了相关的频谱分析。滤除的信号在总量中约占5.3%的比例。研究结论有助于进一步进行分析研究声发射信号与损伤机理的对应关系,为实际工程中的损伤预警提供参考。     

钢筋混凝土梁破坏过程的声发射特征试验研究

对原型钢筋混凝土简支梁进行了跨中集中力加载破坏的声发射试验,根据声发射信号的特点及试验全过程的声发射信号的能量—平均频率关联图,分析了简支梁破坏过程中的平均频率分布范围及变化特点,确定了声发射参数统计分析方法及滤波范围,并通过钢筋拔出试验从能量的角度对声发射信号的突变点进行了解释,得出了简支梁破坏过程中声发射参数的变化规律。在此基础上,对声发射在监测钢筋混凝土梁的破坏、预测梁极限承载力两方面的应用进行了初步探讨。     

工程陶瓷高速深磨中声发射的实验研究

建立了工程陶瓷高速深磨中声发射的实验系统,自主开发了其中的声发射信号虚拟仪器采集系统.对部分稳定氧化锆(PSZ)和氧化铝进行了高速深磨声发射的实验研究,分析了磨削参数和工程陶瓷材料对声发射信号的影响.研究了砂轮修整前后声发射信号的变化.结果表明,即使在砂轮超高速和大切深下,声发射增加仍较小.选择砂轮超高速、大切深和小的工作台速度对高效低成本磨削工程陶瓷是有利的.运用声发射还可对砂轮磨损状态进行在线监测.     

深部灰岩劈裂破坏的声发射损伤表征

开展深部岩石的损伤破裂信息识别研究对岩体稳定性监测预警具有重要的指导意义。通过开展深部灰岩巴西劈裂声发射试验,分析了试验采集到的声发射实测全波形演化特征,在信号频域内提取了波形的主频,在时域内计算了特征参数的RA-AF值。研究结果表明:通过声发射实测全波形,可将岩石损伤过程细分为微损伤萌生阶段,裂纹扩展阶段和结构破坏阶段;低幅值波形多为连续型信号,高幅值波形则多为突发型信号;声发射频谱结构与损伤量及损伤程度密切相关,主频具有聚类分布特征,能够对应岩石微观及宏观破坏;基于声发射主频划分的RA-AF分界线,促进了声发射信号表征岩石破裂模式由定性分析向定量分析的转变。     

水泥土无侧限压缩的声发射信号特性

为研究水泥土在无侧限压缩过程中的声发射信号特性,利用声发射技术对水泥土的无侧限压缩过程进行全程监测。通过对水泥土力学特性参数进行分析,得到水泥土在无侧限压缩下应力随时间的变化过程大致分为四个阶段;同时运用声发射特性参数分析法对水泥土试件的声发射信号参数经历图和分布图进行分析,得出水泥土压缩过程中各声发射特性参数也大致分为四个阶段,每个阶段与力学特性参数各阶段基本相一致。通过对声发射信号特征参数的四个通道分析和对比各通道传感器处试件受破坏后的试验实图,验证了声发射信号参数能准确反映材料的破坏程度,为以后用声发射技术预报、检测结构破坏过程和破坏程度提供了依据。     

水泥土无侧限压缩的声发射信号特性研究

为研究水泥土在无侧限压缩过程中的声发射信号特性,利用声发射技术对水泥土的无侧限压缩过程进行全程监测。通过对水泥土力学特性参数进行分析,得到水泥土在无侧限压缩下应力随时间的变化过程大致分为四个阶段;同时运用声发射特性参数分析法对水泥土试件的声发射信号参数经历图和分布图进行分析,得出水泥土压缩过程中各声发射特性参数也大致分为四个阶段,每个阶段与力学特性参数各阶段基本相一致;通过对声发射信号特征参数的四个通道分析和对比各通道传感器处试件受破坏后的试验实图,验证了声发射信号参数能准确反映材料的破坏程度,为以后用声发射技术预报、检测结构破坏过程和破坏程度提供了依据。     

冲击荷载下煤岩损伤演化规律

冲击荷载下煤岩损伤演化规律的认识对动力学灾害防控至关重要。为了得到煤岩在冲击荷载下的损伤演化特征,通过开展冲击试验,运用超声波检测装置和声发射仪器分别测量冲击前后煤样的波速变化与冲击过程的声发射特征,用波速和声发射的变化反映煤样内部损伤特征。结果表明:冲击荷载的作用次数、单次冲击能量的大小和施加顺序均会对煤样内部损伤演化造成影响;煤样内部损伤随冲击次数增加呈幂函数增长,与单次冲击能量呈线性增长;冲击能量由大到小进行施加更容易使煤样发生破坏。煤样内部损伤变化越剧烈,声发射信号特征越明显。用波速表征的煤样内部损伤变化与声发射在每个阶段监测到的事件数和能率变化有较好的一致性。这为矿井开采动力灾害预报与控制提供了科学依据。     

工程陶瓷高效深切磨削加工中声发射的实验研究

通过对部分稳定氧化锆(PSZ)和Al2O3两种工程陶瓷材料进行高效深切磨削加工中声发射的实验研究,分析了这两种材料在高效深磨过程中,在不同的砂轮线速度、工作台速度和磨削深度的条件下声发射信号变化的规律;同时也分析了在同一磨削参数下这两种材料对声发射信号的影响. 还分析了砂轮修整前后声发射信号的变化. 进一步在时域分析的基础上,对声发射信号进行了频谱分析. 分析了高效深磨过程中声发射信号的频谱分布范围. 实验研究结果表明,声发射信号与磨削过程有着良好的对应关系,可以利用磨削过程中声发射信号的变化规律实现对工程陶瓷材料高效深磨削过程的监测和控制.     

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。     

西部矿山大尺度采空区衍生动力灾害控制

西部矿山大尺度采空区衍生动力灾害是目前煤矿开采中面临的最大技术难题.为了给采取合理有效的防灾措施提供科学依据,对采空区衍生动力灾害主要特征、形成原因以及衍生灾害的实质等进行详细阐述.通过数字化监测与预防分析可以控制采空区衍生动力灾害有效方法.     

采空区上覆岩层诱发矿震及预测技术研究

基于大面积采空区垮落灾害案倒及文献资料,探讨了近年来出现的一种特殊矿山煤岩动力灾害现象：采空区顶板火面积垮落诱发矿震与气体动力灾害。论证了矿震发生前期的动力演变与时空尺度。应用能量转换与守恒理论,详尽地揭示了采空区矿震表征及动力灾害构成要素的时空关联尺度。针对矿震的发展及形成过程提出将声发射监测技术作为矿震预报的基础,并提出运用线定位法和任意平面三角形定位法对震源定位的基本原理。     

页岩气藏缝网压裂物理模拟的声发射监测初探

水力压裂模拟实验中,对水力裂缝的监测和识别是研究储层裂缝形态的基础。利用室内大尺寸真三轴水力压裂物理模拟装置对300 mm×300 mm×300 mm立方体页岩试样开展体积压裂实验,建立多通道声发射实验监测系统,在试样两个对称侧面布置声发射探头,采集实验过程中裂缝破裂时的声波信号,对裂缝缝网形成过程进行三维动态实时跟踪,可以明确水力裂缝起裂和裂缝扩展形态;再结合声发射计数曲线和泵压曲线可以实时监测水力裂缝不同扩展阶段,判别水力裂缝与天然裂缝相互沟通过程。监测过程发现,声发射累积次数最高点先于破裂压力点出现,水力裂缝扩展接收的声发射信号多于天然裂缝开启过程,地层破裂后泵压曲线的波动可以识别裂缝之间的沟通程度,打开试样观察示踪剂的分布特征进一步验证了声发射监测结果。