基于声发射参量识别不同深度灰岩岩爆倾向研究

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埋藏于深部和中深部金属矿山由于地应力的不断增大诱发岩爆可能性越来越大。由深部开采高应力引起的开采技术问题越来越多,根据矿床开采技术条件和矿体赋存特征。避免岩爆带来的危害,选择经济合理的防护措施以实现矿山安全高效开采,保证矿山可持续生产,是目前越来越多金属矿山迫切需要解决的重大技术问题。深部岩体在地壳运动作用下应变能大量聚集,形成很大的初始应力。深部回采使得聚集的应变能突然释放形成岩爆,岩爆的发生一方面与初始应力场有关,另一方面与岩石承载过程中变形及储能特性有很大的关联。岩石破坏过程伴随了弹性波的释放,而声发射监测技术能捕捉岩石加载过程产生的瞬态弹性波,所以利用声发射检测结果作为岩石材料破裂判据在岩石力学研究领域一直都是研究重点。声发射表征岩石破坏方面形成众多有益结论,但真正将声发射测试用于岩爆的判别尚不多见。本次课题采用弹性能量指数作为岩石岩爆倾向性判据。进行深部回采不同深度灰岩试样的岩爆倾向性实验,得到了不同深度灰岩试样的加卸载过程应力-应变曲线。在实验过程中进行声发射测试,分析加卸载全过程声发射累计能量随时间的变化规律,得到不同岩爆倾向性试样声发射累计能量变化特征,通过实验数据分析揭示岩爆倾向灰岩声发射响应特征。通过分析试验过程声发射累计能量变化率,定义了累计能量反应比Ek等于加卸载过程声发射累计能量变化率与加卸载转折点声发射累计能量变化率的比值。结果表明:(1)随着深度的增加,岩石单轴抗压强度有逐步增大的趋势,这为岩石的岩爆发生提供了有利条件,进而印证了随深度增加灰岩岩爆发生的可能性越大,从另一方面说明了岩石的岩爆与深度有着密切相关性。(2)加载时,随着赋存深度增加,岩石存储应变能的能力在增强;卸载时,随着深度增加,深度越深灰岩在卸载过程的声发射累积能量增加幅度越小,由此可知不同深度灰岩累积能量的变化率存在明显的区别。(3)随着赋存深度增加,灰岩加卸载滞回环的面积逐步减小,说明灰岩存储应变能的能力逐步增加,这是诱发岩爆的重要因素。岩石的岩爆倾向呈现越来越大的趋势:对不同深度灰岩试样进行岩爆倾向性实验,分析加卸载过程弹性应变能指数Wet发现,随深度增加,弹性应变能指数逐渐增大,岩爆倾向趋于明显。(4)通过加卸载过程累计声发射能量进行分析表明,加载和卸载过程中岩爆倾向性不明显的灰岩试样声发射累计能量的增加幅度要远大于具有明显岩爆倾向的灰岩试样,且随着岩爆倾向性增强,声发射累计能量的增加幅度在逐步变小。加卸载转折点处,具有明显岩爆倾向的灰岩声发射累计能量出现突增现象。(5)通过对加卸载全过程声发射累计能量变化率进行分析,定义了声发射累计能量反应比Ek。通过实验发现,当Ek值大于1时,岩石岩爆倾向性不明显;当Ek值小于1时,岩石岩爆倾向性较强,另外,加载和卸载的过程中Ek值越平静,岩爆的倾向性越强。因此,通过实验过程得到的声发射累计能量反应比Ek值可为深部岩石岩爆倾向性判识提供一定的参考依据。
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