巖石破裂的聲發(fā)射預(yù)測(cè)及Kaiser效應(yīng)在地應(yīng)力測(cè)試中的應(yīng)用.pdf

1、礦井災(zāi)害如冒頂、突水、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等的發(fā)生與巖體的失穩(wěn)破壞密切相關(guān)，而聲發(fā)射（微地震）是巖體破裂前給出的重要前兆信息，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行巖石壓縮破壞聲發(fā)射試驗(yàn)、運(yùn)用聲發(fā)射信息預(yù)測(cè)巖石破壞失穩(wěn)對(duì)于采用聲發(fā)射（微地震）監(jiān)測(cè)技術(shù)預(yù)測(cè)及預(yù)防因巖石破裂引起的礦山井下災(zāi)害事故具有重要理論及實(shí)際意義。
　　課題采用MTS815.03電液伺服巖石試驗(yàn)系統(tǒng)和SDAES-6型聲發(fā)射儀，對(duì)田莊礦16煤頂板灰?guī)r進(jìn)行了室內(nèi)基礎(chǔ)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)、單軸壓縮條

2、件下的聲發(fā)射試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究。通過(guò)單軸壓縮變形破壞的聲發(fā)射試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)巖石的受壓變形破壞過(guò)程與其內(nèi)部原生裂隙的壓密、新裂隙的產(chǎn)生、擴(kuò)展、貫通等演化過(guò)程密切相關(guān)，其聲發(fā)射特征較好地反映了巖石的變形破壞和損傷演化特性。同時(shí)驗(yàn)證了巖石聲發(fā)射Kaiser效應(yīng)點(diǎn)只存在于巖石彈性階段的結(jié)論，Kaiser效應(yīng)點(diǎn)記錄了巖石先前受到應(yīng)力的最大值，本次試驗(yàn)中3個(gè)灰?guī)r試件記憶的最大應(yīng)力分別是試件所受極限應(yīng)力的45.5％、47.5%、45.2%。采用RFPA2

3、D對(duì)巖石變形破壞和損傷演化特性進(jìn)行數(shù)值模擬所得結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，數(shù)值模擬得到的聲發(fā)射Kaiser效應(yīng)點(diǎn)為第19步，載荷為597.4N，記憶的最大應(yīng)力為巖石極限應(yīng)力的48.7%。
　　對(duì)試驗(yàn)所得到的聲發(fā)射參數(shù)時(shí)間序列提取最大Lyapunov指數(shù)，證實(shí)采用聲發(fā)射參數(shù)描述的巖石壓縮破裂演化系統(tǒng)的未來(lái)變化趨勢(shì)不是完全呈現(xiàn)依賴于初值的混沌狀態(tài)，是可以預(yù)報(bào)的。通過(guò)離散小波系數(shù)分解，將不同尺度不同階段上聲發(fā)射事件數(shù)、能量的負(fù)的Lipsch

4、itz指數(shù)的第一個(gè)極值所對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變作為確定Kaiser效應(yīng)點(diǎn)的軸向應(yīng)變?chǔ)咙c(diǎn)，第二個(gè)極值所對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變作為預(yù)測(cè)破裂點(diǎn)的軸向應(yīng)變點(diǎn)，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合，本次試驗(yàn)中灰?guī)r試件的聲發(fā)射破裂預(yù)測(cè)結(jié)果表明，3個(gè)試件預(yù)測(cè)的巖石破裂軸向應(yīng)變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間分別比實(shí)際破裂時(shí)間提前了4秒、5秒、5秒，預(yù)測(cè)誤差在6%-10%之間。
　　同時(shí)利用Kaiser效應(yīng)法和應(yīng)力解除法測(cè)試唐口煤礦-1000m水平西翼大巷三維地應(yīng)力，兩者結(jié)果對(duì)比分析得到最大主應(yīng)力之