硬巖脆性破壞過程機(jī)理與應(yīng)用研究.pdf

1、隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速增長，采礦向深部發(fā)展將成為我國采礦業(yè)的一個主要發(fā)展方向。隨著礦山開采深度的不斷增加，深部巖體處于“三高一擾動的”[1]惡劣環(huán)境中，開采條件的惡化，導(dǎo)致開采時出現(xiàn)冒頂、片幫等現(xiàn)象明顯增多，甚至出現(xiàn)巖爆等動力地壓災(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長的斜坡道一次性崩塌報廢和部分采場停產(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)害問題給國家、礦山企業(yè)和人民群眾造成了巨大的生命財產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重制約了國民經(jīng)濟(jì)和礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，開展硬巖脆性破壞過程機(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象，首先，通過單軸循環(huán)加卸載試驗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;再通過一系列的真三軸試驗，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)測指標(biāo);針對湖南郴州多金屬礦山礦柱回采過程中出現(xiàn)的地壓問題，采用微震監(jiān)測、數(shù)值分析及本文提出的硬巖脆性破壞預(yù)測指標(biāo)相結(jié)合的方法成功地預(yù)測了P4盤區(qū)C3巷道的破壞。論文的主要內(nèi)容如下:
　　1、通過單軸壓縮試驗、單軸循環(huán)加卸載聲發(fā)射試驗試驗，系統(tǒng)地研究了矽卡巖在該試驗條件下的強(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，通過計算彈性能量指數(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利西蒂效應(yīng)，通過費利西蒂比的計算及卸載過程的聲發(fā)射描述對此效應(yīng)給予定性分析。
　　2、通過真三軸試驗，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;通過對比描述聲發(fā)射撞擊數(shù)-時間關(guān)系曲線及聲發(fā)

5、射絕對能量-時間關(guān)系曲線隨中間主應(yīng)力的變化情況，分析了聲發(fā)射信號在不同加載條件下隨中間主應(yīng)力變化的演化規(guī)律。
　　3、針對聲發(fā)射監(jiān)測中噪聲信號影響分析準(zhǔn)確性的問題，在總結(jié)了現(xiàn)場聲發(fā)射監(jiān)測及室內(nèi)聲發(fā)射試驗中噪聲產(chǎn)生的原因及類型的基礎(chǔ)上，通過深入研究聲發(fā)射噪聲信號與有效信號的特征參數(shù)，結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及BP算法特點，提出了一種利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)過濾室內(nèi)試驗聲發(fā)射噪聲信號的方法。
　　4、針對硬巖破壞及其引起的地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測問題，通過總

6、結(jié)矽卡巖在室內(nèi)試驗中臨近破壞階段的聲發(fā)射事件率變化特征，對硬巖脆性破壞聲發(fā)射事件率類型進(jìn)行劃分，在深入分析了不同類型巖樣聲發(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)測指標(biāo)。
　　5、在工程應(yīng)用方面，針對湖南郴州柿竹園多金屬礦山礦柱回采過程中出現(xiàn)的地壓問題，采用微震監(jiān)測、數(shù)值計算及本文提出的基于聲發(fā)射前兆信息的硬巖破壞預(yù)測指標(biāo)相結(jié)合的方法，對礦柱回采過程導(dǎo)致的P4盤區(qū)C3巷道垮塌進(jìn)行了成功地預(yù)測