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多通道声发射监测体系在矿山宁静开采中的利用

宣布日期:2017-05-05 16:32    阅读次数:次

摘 要:以多通道声发射监测体系在某矿山采空区顶板坍塌变乱中的胜利预告为例,对顶板坍塌变乱发生前后一周的声发射事务的特点参数停止了统计阐发,对监测到的声发射旌旗灯号停止了分类,指出了岩体在差别受力阶段声发射波形的变更,总结了岩体失稳前的声发射预兆纪律,对声发射在近似矿山及岩土工程监测中的利用有较好的参考代价。

某矿山是一座年产才能30万t的中型矿山,已前后在矿区内构成了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号4个大采空区,对井下出产宁静构成严主要挟。为了宁静开采Ⅳ号采空区下部资本,矿山接纳大爆破崩落顶板方式对Ⅳ号采空区停止了综合管理,并在Ⅳ号采空区周边规模内成立了一套12通道声发射监测体系,以研讨地压勾当纪律,避免地压勾当灾难。
2008年1月5日清晨,监测方针规模内采空区顶板发生大面积垮塌,监测体系对这次垮塌变乱停止了精确预警预告。本文对垮塌变乱发生前后一周的监测数据停止了统计,利用监测数据阐发了垮塌变乱发生的全进程。
1 多通道声发射监测体系简介
STL - 12型多通道声发射监测体系是长沙矿山研讨院自立研发的一种岩体声发射监测仪器。体系能24 h及时监测记实12个传感器周边80 m规模内岩体的声发射旌旗灯号,经由进程软硬件频次开窗、智能时域开窗和野生智能辨认等进步前辈手艺,停止噪声滤置和讯号阐发,可监督每时辰的声发射波形、频次、能量、事务数、事务率等参数。经由进程德律风拨号,能够完成长途启动、封闭数据收罗机、长途收罗数据、长途设置参数等。今朝已普遍利用于矿山、水利水电、修建地基等范畴。一套完全的声发射监测体系由传感器,井下数据收罗站和地表监测站3 部分构成。
2 监测功效阐发
声发射参量照顾大批有关岩体特点的信息,且在岩体粉碎之前就发生变更,经由进程对声发射特点参量的统计和波形频谱阐发,可展望和判定监测方针规模内岩体的不变状况。
2. 1 声发射旌旗灯号范例
声发射旌旗灯号有两种根基范例:突发型(见图1)和持续型(见图2) 。
突发型旌旗灯号为在时域上可分手的波形。现实上,一切声发射进程,均为突发进程,如断续的裂隙扩大,断裂等。不过,当声发射频度高达时域上不可分手的程度时,就以持续型旌旗灯号显现出来,如塑性变形声发射进程后期的旌旗灯号等,也有能够是因为声波在传布进程中反射、折射而至。
2008年1月1日至2008年1月7日体系监测到的声发射旌旗灯号以突发型为主, 2008年1月2日、2008年1月3日, 10号通道频仍收罗到持续型声发射旌旗灯号,阐发以为:邻近粉碎前10号探头周边岩体的声发射频度很高,申明岩体应力变更较着,岩体处于邻近粉碎前的声发射活泼期。
2. 2 事务数统计阐发
声发射事务数是反应岩体声发射旌旗灯号几多的特点参量,大事务是指声发射旌旗灯号到达设定强度参数的声发射事务。岩体声发射特点参量与岩体状况紧密亲密相干。声发射旌旗灯号强弱、几多与岩体布局、机关及受力状况有关,岩体受力粉碎的差别阶段,其声发射程度有必然的差别。经由进程对岩体声发射总事务数和大事务数的统计阐发,可揣度岩体外部的性态变更,反演岩体的粉碎机制。
2008年1月1日至1月7日,体系各通道声发射总事务数和大事务数见表1。
从统计功效看,该段时候内7, 10号通道声发射事务最多。7, 10号探头安排在Ⅳ号采空区周边,距离2008年1月5日顶板坍塌变乱发生地址比来。对7号和10号通道的总事务数和大事务数的统计见表2。
对7号和10号探头的声发射事务数的统计阐发标明,岩体越接近粉碎,所发生的声发射旌旗灯号就越强、越多,普通是稳态声发射数的数倍,这类增添接着在行将发生岩体粉碎之前紧跟一个声发射勾当的急剧削减,即岩体在失稳前会发生声发射变态景象,岩体一旦粉碎后,其声发射程度便会急剧降落。
2. 3 事务率统计阐发
声发射事务率指单元时候内观察到的声发射事务次数,是反应岩体声发射旌旗灯号发生频度的特点参量。经由进程对事务率的统计阐发能够判定声发射事务的时态散布纪律。经由进程对各通道2008年1月1日至2008年1月6日天天24小时的事务率( c /5min)统计阐发,得出Ⅳ号采空区围岩在稳态时声发射事务率的均匀值小于2 c /5min,声发射事务发生时候较为零星,岩体邻近粉碎声发射事务距离突发大批发生,此中以10号通道最为典范。10号通道在2008年1月1日声发射事务未几且随机发生,申明岩体应力处于均衡状况。2008年1月2日13时至16时, 2008年1月3日16时至17时, 2008年1月4日18时至19时等时候段声发射事务率突增,最大值为10 c /5min,申明在这些时候段内岩体应力发生变更,岩体应力均衡状况粉碎,应力开释时发生大批声发射事务。应力开释后岩体进入新的均衡状况,岩体颠末几回从均衡状况- 应力增添- 应力开释- 新的均衡状况的变更,终究发生粉碎。
2. 4 声发射波形特点阐发
经由进程对岩体粉碎前差别时候段的声发射波形停止对照阐发能够看出,岩体处于差别受力状况时声发射波形有较着的区分,如图3、图4所示。
岩体在受力粉碎进程中的差别时段,声发射旌旗灯号的频谱特点会发生变更,跟着压力的增添,主频、振幅均变小,频谱外形发生变更。这类变更与裂隙的发生、构成直至粉碎的岩体变更进程绝对应。
2. 5 功效会商
对岩体在受力粉碎进程中的差别时段,声发射旌旗灯号的频谱特点发生变更的缘由有两种诠释,一种为岩体在全体粉碎前岩体外部已有部分粉碎,传布岩体声发射旌旗灯号的介质发生了变更,轻易衰减的高频旌旗灯号在传布进程中被岩体领受,声发射探头领受到的旌旗灯号为低频旌旗灯号;另一种为频谱特点发生的变更与岩体的应力变更逐一对应,即岩体在差别的应力状况下声发射源发生的旌旗灯号频次自身差别,但哪种诠释更加精确尚需研讨证实。
3 结 论
(1) 现实证实岩体声发射监测手艺作为一种新的测试手艺能够在岩体不变性的展望预告中阐扬主要感化。跟着现实研讨的不时深切和现场利用手艺和装备的不时改良,这一手艺必将有普遍的推行和利用。
(2) 岩体声发射监测手艺与传统的测试手腕比拟,在展望预告方面有很大的优胜性,但在利用中贫乏现实撑持,今朝尚需完美,加上矿山工程的庞杂性,是以在现实利用中若能与位移、应力等测试方式相连系功效会更好。
(3) 在利用声发射监测体系停止岩体不变性展望预告时,体系参数的设置应按照矿山岩体前提、现场现实环境和测试功效综合阐发停止设置。
(4) 岩体声发射含有大批丰硕的岩体信息,在对测试功效的阐发方面固然获得了一些功效,但在声谱阐发利用方面还仅仅是起头,等候有更多的同业此后停止这一任务,揭露岩体声发射频谱特点和纪律,使声发射监测手艺在矿山宁静工程中阐扬更大的感化。

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