尾砂胶结充填体声发射特性试验研究.pdf

摘要
声发射技术预测岩体失稳破坏是矿山安全监测——非接触式监测预报技术未来发展的
方向。声发射技术应用广泛,还可以用来测定矿山原岩应力、对固体材料、设备和结构实
施动态检测等。目前,针对声发射技术在充填体稳定性方面应用的研究很少,而充填采矿
法又是矿山地下开采未来的主流采矿方法,因此,加强充填体的声发射特性研究并建立公
认的成熟的声发射预测充填体稳定性的方法迫在眉睫。本文在对国内外矿山应用声发射技
术现状进行统计分析的基础上,结合室内力学试验,运用分形理论、相对强弱指标法和长
程相关性理论对充填体材料失稳破坏的声发射特征进行处理、分析,开展深入有针对性的
研究,研究成果对充填体材料失稳破坏的声发射监测、预测提供一定的理论基础。
主要研究内容及结论如下:
(1)通过室内单轴压缩尾砂胶结充填体声发射特性试验,对试样的变形破坏特征、单
轴抗压强度和试验全过程中的声发射分布特性分别进行研究。分析发现变形、破坏特征和
单轴抗压强度特性受配比的影响大,声发射分布则受加载速率的影响更大;并证实声发射
率和能率 2 个声发射基本参数具有很好的一致性。
(2)先后采用分形理论、相对强弱指标法和长程相关性理论对(1)中声发射数据进
行处理、分析,不仅得到了各种配比试样在不同加载速率下的表征结构损伤扩展程度的各
分析参数值的变化规律;还对三类分析方法的应用效果进行了评价,其中长程相关性理论
的应用效果最佳;并基于上述研究建立了声发射预测尾砂胶结充填体失稳破坏的判据。
(3)研究了加载速率对尾砂胶结充填体声发射特性的影响,得到了 AE 基本参数(声
发射率和能率)与加载速率之间的关系,依据断裂力学理论构建二维裂纹扩展模型,揭示
了尾砂胶结充填体内声发射现象的机理。
关键词:声发射;尾砂胶结充填体;分形理论;相对强弱指标;长程相关性












II
Abstract
Failure of rock mass forcasting by acoustic emission (AE) technology is the future direction
of mine safety monitoring and non-contact monitoring and predicting techniques. AE technology
can be used for the in-situ stress test and dynamic detection for solid materials, equipment and
structures. At present, the research on AE characteristics of backfill is little; in addition, backfill
mining method is leading mining method of underground mining in the future. Therefore,
emphasizing the research on AE characteristics of backfill and establishing a reasonable criterion
of failure are urgent. The thesis based on the statistical analysis of status on the application of AE
technique in mines, with experiments, then analyzed AE characteristics during the process by
fractal theory, AE relative strength-weakness criterion and long-term correlation, to take in-depth
research.
The main contents and conclusions are as follows:
(1) AE Experiments of cemented tailings fill under pression were carried out
and studied on the characteristics of deformation,pressive strength of samples and
the distribution of AE. The result