基于多种监测手段的深部采场开挖围岩损伤演化规律研究

论文摘要

矿产资源是发展国民经济、保障国家安全的物质基础。随着经济发展对矿产资源需求量的增加及地表资源的日趋短缺,深部开采已成为未来采矿发展的趋势。红透山铜矿是我国典型的深井矿山,多年来地压问题突出,影响矿山安全生产。本文以红透山矿为研究背景,针对-707中段27采开挖过程,采用多手段对采场围岩进行监测,研究深部采场围岩损伤演化规律,对深部矿山采矿方法优化及采场地压管理,实现深部金属矿山安全高效开采具有重要意义。在现场调研的基础上选定具有空间针对性、时间连续性的测试内容及实验监测方案,解决声发射传感器的可回收安装、AE系统远程操控及数据下载问题,针对开挖过程中围岩声波速度、钻孔摄像、多点位移计及测斜仪数据进行分析,可得如下结论：（1）通过对现场声发射的信号波形特征研究得到现场围岩破裂的声发射主频；对斜坡道进行的定点敲击实验得到围岩表面弹性波传播速率；在对开挖过程围岩声发射累积信号数及信号率的统计研究得到开挖过程声发射活动规律。（2）通过对多点位移计及测斜仪测试结果进行的研究,得到开挖爆破过程对围岩影响范围、影响时间及采场顶板变形量；通过对集中爆破后多点位移计变形研究,得到开采过程围岩损伤变形的周期性规律。（3）通过对钻孔摄像数据的研究得到采场围岩地质结构及破坏情况,由开挖过程的钻孔摄像数据图像得到围岩损伤特征。（4）综合对比多点位移计及声发射数据得到变形与声发射活动相关性；通过对声波测速与钻孔摄像数据对比研究,得到开挖对围岩损伤范围具体数值,并得出破坏程度声波指标等级及对应岩体特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 深井高应力开挖体围岩损伤研究现状
• 1.2.2 围岩损伤监测手段研究现状
• 1.3 研究的主要内容和方法
• 1.3.1 研究的主要内容
• 1.3.2 研究方法
• 第2章 实验技术原理简介
• 2.1 声发射实时监测系统原理
• 2.1.1 声发射技术概念
• 2.1.2 声发射监测仪器
• 2.1.3 声发射参数及分析
• 2.1.4 声发射源定位
• 2.2 数字全景钻孔摄像技术
• 2.2.1 数字全景钻孔摄像技术概述
• 2.2.2 数字式全景钻孔摄像系统结构
• 2.2.3 数字式全景钻孔摄像技术优点
• 2.3 RSM-SY5钻孔超声单孔波速测试技术
• 2.3.1 钻孔波速测试概述
• 2.3.2 单孔测试原理
• 2.4 多点位移计技术
• 2.4.1 多点位移计概述
• 2.4.2 仪器构造和工作原理
• 2.5 测斜仪技术原理
• 2.5.1 测斜仪概述
• 2.5.2 测斜仪测试原理
• 2.6 本章小结
• 第3章 深部采场实验监测方案
• 3.1 红透山铜矿概况及实验采场三维模型
• 3.1.1 红透山铜矿概况
• 3.1.2 实验采场概况及三维模型
• 3.2 实验目的及意义
• 3.3 测试内容及实验设备
• 3.3.1 测试内容及选择依据
• 3.3.2 实验设备选择
• 3.4 实验钻孔及声发射传感器布置方案
• 3.4.1 实验钻孔布置方案
• 3.4.2 声发射传感器布置
• 3.5 设备安装及AE系统运行维护
• 3.5.1 设备安装
• 3.5.2 AE系统运行及维护
• 3.6 本章小结
• 第4章 采场开挖扰动声发射活动规律
• 4.1 井下声发射数据采集
• 4.1.1 井下声发射噪音分类及特征
• 4.1.2 声发射采集参数设置
• 4.1.3 声发射波速测定
• 4.2 采场开挖扰动声发射活动特征
• 4.2.1 采场矿体开挖过程
• 4.2.2 声发射随开挖作业活动特征
• 4.3 集中爆破后声发射活动演化规律
• 4.4 本章小结
• 第5章 开挖过程围岩损伤演化规律
• 5.1 基于多点位移计监测的开挖损伤规律
• 5.1.1 爆破开挖过程各测点变形规律
• 5.1.2 爆破开挖影响范围研究
• 5.1.3 集中爆破落矿后各测点变形规律
• 5.2 基于测斜仪顶板数据变形分析
• 5.3 基于声波测速围岩损伤演化规律特征
• 5.3.1 基于声波测速损伤区特征
• 5.3.2 围岩损伤区划定及波速量化指标
• 5.4 开挖损伤区形成与演化过程的数字钻孔摄像观测与分析
• 5.4.1 开挖前钻孔区域岩体结构特征
• 5.4.2 开挖过程损伤区演化特征
• 5.5 数据综合对比研究
• 5.5.1 声发射与多点位移计变形对比研究
• 5.5.2 声波与钻孔摄像数据对比研究
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介