基于声发射监测的矿柱破裂过程实验研究

论文摘要

在使用房柱式采矿方法开采时,随着开采工作的向前推进,采场的稳定性问题就会突出,而矿柱是决定采场稳定状态的重要结构单元,对采空区采场顶板起支撑作用,不但维护着采场顶板及围岩的稳定性,而且稳定的矿柱对矿石回采率的提高有极大的潜在作用。目前国内外地下开采厚大矿体,多向高阶段、高分段、大型化、无轨化方向发展,使得采场的控顶高度相应提高,矿柱高宽比相应增大,其横向的整体稳定性显著下降。此外,由于矿柱的几何形状不规则,而矿柱中岩体又含有各种缺陷,它们对矿柱的稳定性产生很大影响,降低了矿柱的承载能力。针对上述问题,作者对不同尺寸的矿柱做了一系列实验室实验,目的是探索矿柱试件在加载过程中变形、破坏规律,并对矿柱试件的变形、破裂做出初步的预测。本文的研究内容主要有以下几个方面：(1)矿柱破裂过程中应力、应变特征；通过对应力、应变数据的分析,结合声发射定位判断岩样初始裂隙产生位置、扩展路径,以及贯通、破裂过程；分析实验中岩石应力(应变)、加载时间与声发射次数之间的关系,借以判断矿柱破裂过程特征；(2)应用声发射仪器及其定位技术,通过声发射实验,系统研究矿柱岩样声发射活动特性；通过分析声发射活动与岩石破裂失稳过程之间的联系,揭示声发射活动与岩石破裂失稳的内在联系；(3)在矿柱试件表面贴有坐标纸,同时用摄像机拍摄下试件在加载出现原始裂纹直至破坏的全过程。从坐标纸网格上读取裂纹的扩展方向和扩展长度。最后用声发射定位与试件破坏图片对照,找出矿柱破坏规律,并对矿柱试件的破坏做出初步预测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 矿柱稳定性研究方法与研究现状
• 1.2.1 矿柱稳定性研究方法
• 1.2.2 矿柱尺寸的研究
• 1.2.3 数值模拟
• 1.3 岩石声发射研究现状
• 1.4 本文研究内容及方法
• 1.4.1 本文研究内容
• 1.4.2 本文研究方法
• 第2章 矿柱破坏力学分析
• 2.1 顶板岩层中应力分布
• 2.2 矿柱模型两端受力状态分析
• 2.3 矿柱的受力分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 矿柱破裂应力应变特性分析
• 3.1 岩样制作及加载条件
• 3.2 矿柱破裂应力应变特征
• 3.2.1 单轴压力下试件的加载力—位移曲线分析
• 3.2.2 应变—时间关系曲线分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 声发射技术原理及监测
• 4.1 声发射产生
• 4.2 声发射源定位原理
• 4.3 声发射仪器简介
• 4.4 矿柱试样波速的测定
• 4.5 声发射监测结果分析
• 4.6 声发射定位结果与分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 矿柱试件破坏分析与预测
• 5.1 视频分析裂纹扩展
• 5.2 矿柱模型破坏过程分析
• 5.3 声发射预测
• 5.3.1 声发射定位预测
• 5.3.2 声发射曲线预测
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢