專利名稱：一種巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警識(shí)別的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦山安全領(lǐng)域，涉及一種利用應(yīng)力位移監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警識(shí)別的方法，適用于巖體開(kāi)挖的礦山、水電站硐室、邊坡、隧道等。
背景技術(shù)：
隨著地表淺部礦產(chǎn)資源的日益枯竭，礦山開(kāi)采深度不斷增大，巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警顯得越來(lái)越重要。巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警是一種巖體在開(kāi)挖過(guò)程中，以及礦房或礦塊開(kāi)采過(guò)程中，隨著回采工作面的推進(jìn)，掌握巖體應(yīng)力、位移變化情況，從而達(dá)到地壓管理、實(shí)現(xiàn)災(zāi)害預(yù)警的目的。在礦體回采過(guò)程中，加強(qiáng)應(yīng)力、位移監(jiān)測(cè)是掌握巖體變化情況的一項(xiàng)重要工作。國(guó)內(nèi)應(yīng)力位移監(jiān)測(cè)，一般利用讀數(shù)儀從應(yīng)力和位移監(jiān)測(cè)儀獲得數(shù)據(jù)，少數(shù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)利用監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力傳感器把數(shù)據(jù)輸入電腦，分析的方法多采用應(yīng)力增量數(shù)據(jù)積聚增加、突變時(shí)進(jìn)行預(yù)警。由于巖體在開(kāi)挖后引起次生應(yīng)力場(chǎng)重新分布，導(dǎo)致應(yīng)力增量值突變，當(dāng)巖體處于彈性階段時(shí)，巖體發(fā)生較大變形并不會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模破壞失穩(wěn)，傳統(tǒng)的分析方法沒(méi)有考慮巖體在受力變形過(guò)程中彈性階段的應(yīng)力和應(yīng)變變化。所以，利用應(yīng)力傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的突變來(lái)判斷巖體破壞失穩(wěn)容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的預(yù)警結(jié)論，這些因素極大地影響了巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警的效果，使其應(yīng)用受到限制。鑒于上述巖體失穩(wěn)預(yù)警方法的不足，需要一種新的預(yù)警識(shí)別方法，既方法簡(jiǎn)單、判別速度快、效果好，又能準(zhǔn)確判斷巖體破壞失穩(wěn)進(jìn)行預(yù)警，同時(shí)還具有較好的適用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)礦山安全、公路鐵路交通隧道和水利水電硐室等工程中巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警效果差，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的預(yù)警結(jié)論等問(wèn)題，提出了采用應(yīng)力位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警的一種方法，不但方法簡(jiǎn)單，而且大大提高了巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警的準(zhǔn)確性。一種巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警識(shí)別的方法，其特征在于(1)根據(jù)多點(diǎn)位移計(jì)的徑向尺寸，在開(kāi)挖面的垂直方向?qū)嵤┿@孔，直徑一般為 45mm 76mm，鉆孔長(zhǎng)度為開(kāi)挖空間尺寸半徑A的3倍以上，長(zhǎng)度記為L(zhǎng)，產(chǎn)生的位移值為 Δ 1，單位均為mm，最深的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)處于原巖應(yīng)力區(qū)，錨固點(diǎn)數(shù)量約3-5個(gè)，用來(lái)掌握巖體受力應(yīng)變變化情況；(2)鉆孔應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)應(yīng)力方向應(yīng)與多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)位移方向保持一致，首先將固定工具與傳感器連接起來(lái)，安裝桿插入傳感器的中心凹槽中，確定傳感器監(jiān)測(cè)應(yīng)力方向，將傳感器的數(shù)據(jù)傳輸電纜端口連接上讀數(shù)儀，顯示頻率。然后，左手緊握外面的固定工具使它不轉(zhuǎn)動(dòng)，用右手順時(shí)針擰動(dòng)安裝工具，給傳感器一個(gè)初始應(yīng)力，直到顯示的壓力值達(dá)到一定量(比初始頻率低5Hz IOHz時(shí))，停止扭動(dòng)安裝工具；將安裝桿抽出，再將固定工具退出鉆孔，傳感器安裝完畢；待頻率穩(wěn)定后(約十分鐘)，記錄此時(shí)傳感器的頻率作為初始頻率， 輸入儀表進(jìn)行調(diào)零；以后操作儀表可直接表示巖體的應(yīng)力增量值△ ο ；
(3)提出的利用監(jiān)測(cè)位移增量值Δ1與鉆孔最深錨點(diǎn)長(zhǎng)度L換算應(yīng)變?cè)隽恐?Δ ε，然后，利用應(yīng)力增量值Δ σ與應(yīng)變?cè)隽喀?ε換算正切模量Et，方法是￡； = ^，其中
ε
Λ Δ/
Δ σ = oi_o η、ΔΙ = Ii-Ii^Asr =—；
L(4)預(yù)警識(shí)別過(guò)程如下1)按照設(shè)計(jì)要求實(shí)施鉆孔；2)利用安裝桿安裝多點(diǎn)位移計(jì)，最深錨固點(diǎn)處于原巖狀態(tài)；3)利用安裝桿安裝鉆孔應(yīng)力計(jì)，要求鉆孔應(yīng)力計(jì)測(cè)量應(yīng)力方向?yàn)槎帱c(diǎn)位移計(jì)位移方向；4)按照設(shè)計(jì)把位移和應(yīng)力監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接電腦，形成可以實(shí)時(shí)進(jìn)行應(yīng)力位移監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)；5)通過(guò)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，定期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析其結(jié)果，應(yīng)力增量值Δ σ = σ ，應(yīng)變
增量值
權(quán)利要求
1. 一種巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警識(shí)別的方法，其特征在于，所述方法是利用巖體開(kāi)挖受力通過(guò)彈性階段后的正切模量斜率降低來(lái)預(yù)警巖體破壞失穩(wěn)的發(fā)生；具體步驟如下(1)根據(jù)多點(diǎn)位移計(jì)的徑向尺寸，在開(kāi)挖面的垂直方向?qū)嵤┿@孔，直徑為45mm 76mm， 鉆孔長(zhǎng)度為開(kāi)挖空間尺寸半徑A的3倍以上，長(zhǎng)度記為L(zhǎng)，產(chǎn)生的位移值為Δ 1，單位均為 mm，最深的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)處于原巖應(yīng)力區(qū)，錨固點(diǎn)數(shù)量為3-5個(gè)，用來(lái)掌握巖體受力應(yīng)變變化情況；(2)鉆孔應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)應(yīng)力方向應(yīng)與多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)位移方向保持一致，首先將固定工具與傳感器連接起來(lái)，安裝桿插入傳感器的中心凹槽中，確定傳感器監(jiān)測(cè)應(yīng)力方向，將傳感器的數(shù)據(jù)傳輸電纜端口連接上讀數(shù)儀，顯示頻率；然后，一手緊握外面的固定工具使它不轉(zhuǎn)動(dòng)，用另一手順時(shí)針擰動(dòng)安裝工具，給傳感器一個(gè)初始應(yīng)力，直到顯示的壓力值達(dá)到比初始頻率低5Hz IOHz時(shí)，停止扭動(dòng)安裝工具；將安裝桿抽出，再將固定工具退出鉆孔，傳感器安裝完畢；待頻率穩(wěn)定后，記錄此時(shí)傳感器的頻率作為初始頻率，輸入儀表進(jìn)行調(diào)零；以后操作儀表可直接表示巖體的應(yīng)力增量值△σ；(3)利用監(jiān)測(cè)位移增量值Δ1與鉆孔最深錨點(diǎn)長(zhǎng)度L換算應(yīng)變?cè)隽恐郸?ε，然后，利用應(yīng)力增量值Δ σ與應(yīng)變?cè)隽喀?ε換算正切模量Et，方法是￡； = ^，其中Δ σ = σ εΛ AlΔ 1 = IiDs = T;(4)預(yù)警識(shí)別過(guò)程如下1)按照設(shè)計(jì)要求實(shí)施鉆孔；2)利用安裝桿安裝多點(diǎn)位移計(jì)，最深錨固點(diǎn)處于原巖狀態(tài)；3)利用安裝桿安裝鉆孔應(yīng)力計(jì)，要求鉆孔應(yīng)力計(jì)測(cè)量應(yīng)力方向?yàn)槎帱c(diǎn)位移計(jì)位移方向；4)按照設(shè)計(jì)把位移和應(yīng)力監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接電腦，形成可以實(shí)時(shí)進(jìn)行應(yīng)力位移監(jiān)測(cè)的網(wǎng)5)通過(guò)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，定期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析其結(jié)果，應(yīng)力增量值Δ σ = Oi-O η，應(yīng)變?cè)隽恐?孚=^k，換算正切模量值￡； = ； LLAs根據(jù)巖體受力本構(gòu)關(guān)系，在巖體受損傷進(jìn)入屈服區(qū)后，出現(xiàn)正切模量下降的現(xiàn)象；進(jìn)行dF正切模量數(shù)據(jù)分析處理，獲得正切模量值的斜率A = Y，找出k降低的點(diǎn)；根據(jù)正切模量斜dt率k的變化進(jìn)行巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警，當(dāng)正切模量斜率k為增加或不變時(shí)，巖體處于壓密或彈性階段，不會(huì)產(chǎn)生巖體破壞失穩(wěn)；當(dāng)正切模量斜率k降低時(shí)，巖體進(jìn)入屈服區(qū)，開(kāi)始產(chǎn)生次生裂紋的萌生、擴(kuò)展、連通導(dǎo)致破壞失穩(wěn)；所以，把巖體的正切模量斜率k降低點(diǎn)作為破壞失穩(wěn)的預(yù)警點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明屬于礦山安全領(lǐng)域，涉及一種利用應(yīng)力位移監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警識(shí)別的方法。其特征是在開(kāi)挖巖體確定監(jiān)測(cè)區(qū)域，并進(jìn)行編號(hào)，利用鉆孔應(yīng)力計(jì)和多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)巖體應(yīng)力和變形變化，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然后換算巖體正切模量值，掌握其變化趨勢(shì)，判定是否進(jìn)行巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警。該方法施工簡(jiǎn)單、成本低、效果好，具有較好的可靠性和預(yù)警準(zhǔn)確度，縮短了巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警的時(shí)間，改善了施工安全環(huán)境，避免了人員設(shè)備損失。本發(fā)明適用于巖體開(kāi)挖的礦山、隧道、邊坡及水電站硐室等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)E21F17/18GK102505965SQ201110357858
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者王春來(lái) 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)