硬巖脆性破壞過(guò)程機(jī)理與應(yīng)用研究.pdf

1、隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，采礦向深部發(fā)展將成為我國(guó)采礦業(yè)的一個(gè)主要發(fā)展方向。隨著礦山開(kāi)采深度的不斷增加，深部巖體處于“三高一擾動(dòng)的”[1]惡劣環(huán)境中，開(kāi)采條件的惡化，導(dǎo)致開(kāi)采時(shí)出現(xiàn)冒頂、片幫等現(xiàn)象明顯增多，甚至出現(xiàn)巖爆等動(dòng)力地壓災(zāi)害，例如，紅透山銅礦在1999年5月發(fā)生中等程度的巖爆，導(dǎo)致近100m長(zhǎng)的斜坡道一次性崩塌報(bào)廢和部分采場(chǎng)停產(chǎn);凡口鉛鋅礦深部采區(qū)地壓明顯增大，巖石彈射現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，井巷工程的支護(hù)量與淺部采區(qū)相比大大增加。這些

2、由巖體脆性破壞所產(chǎn)生的一系列地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題給國(guó)家、礦山企業(yè)和人民群眾造成了巨大的生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重制約了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，開(kāi)展硬巖脆性破壞過(guò)程機(jī)理及應(yīng)用方面的研究是十分有必要的。
　　本文以采自湖南郴州柿竹園多金屬礦山的矽卡巖為研究對(duì)象，首先，通過(guò)單軸循環(huán)加卸載試驗(yàn)研究了矽卡巖的巖爆傾向性、能量釋放規(guī)律及彈脆性特征;再通過(guò)一系列的真三軸試驗(yàn)，研究了矽卡巖在不同中間主應(yīng)力水平不同應(yīng)力路徑下的強(qiáng)度特征、聲發(fā)射特

3、征及破壞模式;在深入分析矽卡巖在聲發(fā)射試驗(yàn)中臨近破壞階段的聲發(fā)射事件率及能量釋放率變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了基于聲發(fā)射前兆信息的硬巖脆性破壞預(yù)測(cè)指標(biāo);針對(duì)湖南郴州多金屬礦山礦柱回采過(guò)程中出現(xiàn)的地壓?jiǎn)栴}，采用微震監(jiān)測(cè)、數(shù)值分析及本文提出的硬巖脆性破壞預(yù)測(cè)指標(biāo)相結(jié)合的方法成功地預(yù)測(cè)了P4盤(pán)區(qū)C3巷道的破壞。論文的主要內(nèi)容如下:
　　1、通過(guò)單軸壓縮試驗(yàn)、單軸循環(huán)加卸載聲發(fā)射試驗(yàn)試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了矽卡巖在該試驗(yàn)條件下的強(qiáng)度特征，破壞模式，

4、聲發(fā)射特征、能量釋放規(guī)律及彈脆性特征，通過(guò)計(jì)算彈性能量指數(shù)確定了矽卡巖的巖爆傾向性，并結(jié)合聲發(fā)射監(jiān)測(cè)結(jié)果，得到了單軸壓縮及單軸循環(huán)加卸載條件下不同加載階段矽卡巖的聲發(fā)射特征;循環(huán)加卸載作用下矽卡巖具有費(fèi)利西蒂效應(yīng)，通過(guò)費(fèi)利西蒂比的計(jì)算及卸載過(guò)程的聲發(fā)射描述對(duì)此效應(yīng)給予定性分析。
　　2、通過(guò)真三軸試驗(yàn)，研究了矽卡巖在雙軸加載，真三軸加載，真三軸卸載條件下的強(qiáng)度特征，聲發(fā)射規(guī)律及破壞特征;通過(guò)對(duì)比描述聲發(fā)射撞擊數(shù)-時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)及聲發(fā)

5、射絕對(duì)能量-時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)隨中間主應(yīng)力的變化情況，分析了聲發(fā)射信號(hào)在不同加載條件下隨中間主應(yīng)力變化的演化規(guī)律。
　　3、針對(duì)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)中噪聲信號(hào)影響分析準(zhǔn)確性的問(wèn)題，在總結(jié)了現(xiàn)場(chǎng)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)及室內(nèi)聲發(fā)射試驗(yàn)中噪聲產(chǎn)生的原因及類(lèi)型的基礎(chǔ)上，通過(guò)深入研究聲發(fā)射噪聲信號(hào)與有效信號(hào)的特征參數(shù)，結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及BP算法特點(diǎn)，提出了一種利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)過(guò)濾室內(nèi)試驗(yàn)聲發(fā)射噪聲信號(hào)的方法。
　　4、針對(duì)硬巖破壞及其引起的地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)問(wèn)題，通過(guò)總

6、結(jié)矽卡巖在室內(nèi)試驗(yàn)中臨近破壞階段的聲發(fā)射事件率變化特征，對(duì)硬巖脆性破壞聲發(fā)射事件率類(lèi)型進(jìn)行劃分，在深入分析了不同類(lèi)型巖樣聲發(fā)射事件率及能量釋放率變化特征的基礎(chǔ)上，提出了基于聲發(fā)射前兆信息的硬巖脆性破壞預(yù)測(cè)指標(biāo)。
　　5、在工程應(yīng)用方面，針對(duì)湖南郴州柿竹園多金屬礦山礦柱回采過(guò)程中出現(xiàn)的地壓?jiǎn)栴}，采用微震監(jiān)測(cè)、數(shù)值計(jì)算及本文提出的基于聲發(fā)射前兆信息的硬巖破壞預(yù)測(cè)指標(biāo)相結(jié)合的方法，對(duì)礦柱回采過(guò)程導(dǎo)致的P4盤(pán)區(qū)C3巷道垮塌進(jìn)行了成功地預(yù)測(cè)