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.     

岩石(体)声发射特征综述

因模型试验和数值仿真对岩体的局限性,应用岩体声发射技术监测评价岩体工程的稳定性不可缺少,有时是唯一不可替代的技术之一.岩体监测预报,曾普遍应用0～1 kHz的低频声发射仪,仅用事件和能率作为预报参数,加上复杂岩体的声发射特征还认识不清,且没有很好的噪音剔除方法,使得采集频带可能过宽,信号接收的敏感性可能偏低,预报判据有时很不充分,监测很容易受环境干扰.本文简要叙述了近年发现的岩石(体)声发射的一些特征,据此提出了岩体声发射技术研发的若干建议,包括仪器改进与完善,噪音剔除新方法研究和复杂岩体AE特性研究等.     

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.     

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。     

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。     

基于ARM的声发射仪的设计

煤岩体因内外力作用以及外界环境因素影响,易发生滑坡塌陷,灾害发生之前会有声发射现象,将采集到的煤岩体声发射信号进行处理和分析,对声发射参数进行统计,就可以作为煤岩体是否稳定的判据。本文详细阐述了基于ARM的声发射仪的检测原理,系统的软硬件构成。系统的计算速度和实时处理能力快,稳定性好,功耗低,适合现场使用。     

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。     

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。     

静力侵入岩石裂纹扩展及声发射特征

为了研究刀具静力侵入岩石过程中裂纹扩展及声发射特征,基于刀具侵入岩石断裂特征,确定了声发射参数与刀具侵入岩石过程中径、侧向裂纹长度的关系式;通过分析不同脆性岩石和裂纹长度对声发射信号的影响,得到声发射参数随裂纹长度增加而增大,不同岩石脆性程度对声发射参数随裂纹长度的变化曲线有很大影响,是造成声发射曲线不同的根本原因.选取不同脆性的水泥砂浆和花岗岩为研究对象,在RMT-150C压力试验机上进行刀具侵入破岩试验.结果表明:高脆性花岗岩声发射计数率和能量率远大于低脆性水泥砂浆;不同脆性岩石在刀具侵入作用下声发射特征曲线与侵入载荷-侵深曲线具有较好的一致性,可以很好表征刀具侵入过程中岩石内部裂纹扩展和宏观破碎过程.研究结果对于判断岩石材料破坏性质、深化岩石破碎机理及指导岩体稳定性监测有一定参考作用.     

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。     

Simulation experiment of AE-based localization damage and deformation characteristic on covering rock in mined-out area

The localization damage and deformation characteristics of multiple rock in mined-out area under thick soil layer were investigated by acoustic emission (AE)-based physical similar simulation experiment and damage test combined with the AE theory on rock damage. During different mining courses, the degree of wall rock suffered from mining disturbed process in mined-out area was different, so did the AE density of initial damage and fracture. Some characteristic parameters, including large events, total events, and energy rate, presented fluctuations with temporal and spatial change and take on a certain extent statistic relation. Subsequently, the percent of damage degree was defined and divided into 4 stages, and the localization damage and deformation characteristics of surrounding rock in mined-out area and coal pillars were analyzed quantitatively.     

云南某金属矿山地下采空区稳定性分析

阐述了金属矿山井下采空区的特点,通过对采空区的现场调查,用FLAC-3D软件模拟某铁矿坑内矿房回采后的采空区应力分布情况及影响．根据模拟结果分析,得出采空区的稳定性状况属于暂时稳定的结论,并预测了采空区的发展状况,为保证矿山的安全生产和采空区的治理提供科学的依据．     

暴雨入渗对复合岩体塌陷区结构失稳的影响

利用位移、应力、能量耦合监测技术,分别对渗流大小、沉降量、声发射特征参数等之间的关系进行统计,全面分析渗流对坚硬复合岩体支护的塌陷区围岩结构动力失稳的影响.研究表明, 在渗流的作用下,塌陷区不稳定程度加剧,通过声发射监测特征参数可以初步分析渗流与塌陷区结构失稳之间的演化关系.     

露天边帮下紧邻尾矿库采空区地表充填治理方法

针对采空区废石充填常规处理方法难度大、费用高、安全性差等问题,结合排山楼金矿条件,研究了控制诱导冒落协同地表充填塌陷坑的采空区充填治理方法,包括采用RG井下电视监测评估空区冒落进程,从地表钻井充填保护露天坑尾矿库,崩落矿柱诱导空区冒透地表,地表充填塌陷坑恢复地貌,客土造田与恢复地表使用功能等方法.该方法用于排山楼金矿,使大型活动空区得到安全高效充填治理,取得了良好的技术经济效果.理论分析与实践表明,露天边帮下紧邻尾矿库的倾斜矿体采空区控制诱导冒落协同地表充填的治理方法,可减小采空区废石充填治理的难度,实现大型采空区安全高效治理.     

动荷载作用下采空区地基稳定性分析

安太堡露天矿东北角的井阳煤矿开采造成了大面积的地下采空区,为避免施工设备陷入采空区,须研究地面施工时动荷载对采空区的影响。本文按照时间顺序把该采空区划分三个区域,通过数值模拟计算分析了在动荷载作用下采空区内的变形、塑形破坏和应力分布状况,并对采空区上方施工安全性作出评价,最后提出采空区地基的处治对策。     

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.     

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。     

氧化铝陶瓷磨削金刚石砂轮磨损的声发射监测

阐述了声发射监测工程陶瓷磨削的研究进展,发现目前对金刚石砂轮磨损监测研究基本上是选取声发射信号均方根(即有效值)进行分析,且金刚石砂轮磨损状态的声发射监测准确率不高.为提高金刚石砂轮磨损状态的声发射监测准确率,设计了氧化铝陶瓷磨削声发射实验,并采用支持向量机建立金刚石砂轮磨损状态的分类模型.分析发现氧化铝陶瓷精密磨削中声发射信号最强频谱能量在30~40kHz频段.金刚石砂轮轻度磨损、严重磨损钝化和修锐之后的磨削声发射信号频谱有明显不同;而且磨削声发射信号小波分解系数的方差值能够很好地反映金刚石砂轮磨损状态.结果表明采用磨削声发射信号的小波分解系数方差作为支持向量机判别金刚石砂轮磨损状态的输入特征,金刚石砂轮磨损状态分类测试的准确率达100%.     

激光诱导热裂切割玻璃的声发射信号监测技术

现阶段各个领域对玻璃切割质量的要求越来越高,作为一种新兴的切割技术,激光诱导热裂相对于传统切割有很大优势,但在切割过程中裂纹扩展轨迹会偏离预定的路径。若要改善这种偏离现象,切割时需要通过对裂纹扩展状态的实时监测来确定补偿策略,而声发射作为一种无损检测方法在此方面有着巨大的优势。本文在激光诱导热裂切割玻璃过程中,会产生声发射现象。针对激光诱导热裂切割玻璃过程中产生的声发射信号针对此声发射信号进行了模态分析和小波包分析,确定了最优的小波基及分解尺度选择的依据。在实验中,通过对传感器进行优化布局并采用时差定位方法对裂纹尖端位置进行了定位分析。在此基础上,进行了激光诱导热裂切割玻璃声发射信号监测实验研究,探求了AE信号特征与裂纹扩展状态两者之间的联系。     

风电叶片玻璃钢复合材料声发射衰减与源定位

为实现风电叶片结构健康监测中典型声发射源的特征分析和精确定位,以风电叶片玻璃纤维增强单向复合材料和多层复合材料为研究对象,采用Φ0.5mm铅芯为模拟声发射源,探讨声发射波在复合材料中的传播、衰减特性和定位精度.实验研究结果表明:单向复合材料纵向和横向的声发射传播与衰减特性明显不同,纵向声速大、衰减小;风电叶片现场检测中声发射源的精确定位,应综合考虑复合材料的结构和声学特性.