专利名称：一种岩体破坏失稳预警识别的方法
技术领域：
本发明属于矿山安全领域，涉及一种利用应力位移监测实现岩体破坏失稳预警识别的方法，适用于岩体开挖的矿山、水电站硐室、边坡、隧道等。
背景技术：
随着地表浅部矿产资源的日益枯竭，矿山开采深度不断增大，岩体破坏失稳预警显得越来越重要。岩体破坏失稳预警是一种岩体在开挖过程中，以及矿房或矿块开采过程中，随着回采工作面的推进，掌握岩体应力、位移变化情况，从而达到地压管理、实现灾害预警的目的。在矿体回采过程中，加强应力、位移监测是掌握岩体变化情况的一项重要工作。国内应力位移监测，一般利用读数仪从应力和位移监测仪获得数据，少数监测网络利用监测点应力传感器把数据输入电脑，分析的方法多采用应力增量数据积聚增加、突变时进行预警。由于岩体在开挖后引起次生应力场重新分布，导致应力增量值突变，当岩体处于弹性阶段时，岩体发生较大变形并不会产生大规模破坏失稳，传统的分析方法没有考虑岩体在受力变形过程中弹性阶段的应力和应变变化。所以，利用应力传感器监测数据的突变来判断岩体破坏失稳容易产生错误的预警结论，这些因素极大地影响了岩体破坏失稳预警的效果，使其应用受到限制。鉴于上述岩体失稳预警方法的不足，需要一种新的预警识别方法，既方法简单、判别速度快、效果好，又能准确判断岩体破坏失稳进行预警，同时还具有较好的适用性。
发明内容
本发明是针对矿山安全、公路铁路交通隧道和水利水电硐室等工程中岩体破坏失稳预警效果差，容易产生错误的预警结论等问题，提出了采用应力位移监测数据实现岩体破坏失稳预警的一种方法，不但方法简单，而且大大提高了岩体破坏失稳预警的准确性。一种岩体破坏失稳预警识别的方法，其特征在于(1)根据多点位移计的径向尺寸，在开挖面的垂直方向实施钻孔，直径一般为 45mm 76mm，钻孔长度为开挖空间尺寸半径A的3倍以上，长度记为L，产生的位移值为 Δ 1，单位均为mm，最深的位移监测点应处于原岩应力区，锚固点数量约3-5个，用来掌握岩体受力应变变化情况；(2)钻孔应力计监测应力方向应与多点位移计监测位移方向保持一致，首先将固定工具与传感器连接起来，安装杆插入传感器的中心凹槽中，确定传感器监测应力方向，将传感器的数据传输电缆端口连接上读数仪，显示频率。然后，左手紧握外面的固定工具使它不转动，用右手顺时针拧动安装工具，给传感器一个初始应力，直到显示的压力值达到一定量(比初始频率低5Hz IOHz时)，停止扭动安装工具；将安装杆抽出，再将固定工具退出钻孔，传感器安装完毕；待频率稳定后(约十分钟)，记录此时传感器的频率作为初始频率， 输入仪表进行调零；以后操作仪表可直接表示岩体的应力增量值△ ο ；
(3)提出的利用监测位移增量值Δ1与钻孔最深锚点长度L换算应变增量值 Δ ε，然后，利用应力增量值Δ σ与应变增量Δ ε换算正切模量Et，方法是￡； = ^，其中
ε
Λ Δ/
Δ σ = oi_o η、ΔΙ = Ii-Ii^Asr =—；
L(4)预警识别过程如下1)按照设计要求实施钻孔；2)利用安装杆安装多点位移计，最深锚固点处于原岩状态；3)利用安装杆安装钻孔应力计，要求钻孔应力计测量应力方向为多点位移计位移方向；4)按照设计把位移和应力监测网络连接电脑，形成可以实时进行应力位移监测的网络；5)通过监测网络，定期监测数据，分析其结果，应力增量值Δ σ = σ ，应变
增量值
权利要求
1. 一种岩体破坏失稳预警识别的方法，其特征在于，所述方法是利用岩体开挖受力通过弹性阶段后的正切模量斜率降低来预警岩体破坏失稳的发生；具体步骤如下(1)根据多点位移计的径向尺寸，在开挖面的垂直方向实施钻孔，直径为45mm 76mm， 钻孔长度为开挖空间尺寸半径A的3倍以上，长度记为L，产生的位移值为Δ 1，单位均为 mm，最深的位移监测点应处于原岩应力区，锚固点数量为3-5个，用来掌握岩体受力应变变化情况；(2)钻孔应力计监测应力方向应与多点位移计监测位移方向保持一致，首先将固定工具与传感器连接起来，安装杆插入传感器的中心凹槽中，确定传感器监测应力方向，将传感器的数据传输电缆端口连接上读数仪，显示频率；然后，一手紧握外面的固定工具使它不转动，用另一手顺时针拧动安装工具，给传感器一个初始应力，直到显示的压力值达到比初始频率低5Hz IOHz时，停止扭动安装工具；将安装杆抽出，再将固定工具退出钻孔，传感器安装完毕；待频率稳定后，记录此时传感器的频率作为初始频率，输入仪表进行调零；以后操作仪表可直接表示岩体的应力增量值△σ；(3)利用监测位移增量值Δ1与钻孔最深锚点长度L换算应变增量值Δ ε，然后，利用应力增量值Δ σ与应变增量Δ ε换算正切模量Et，方法是￡； = ^，其中Δ σ = σ εΛ AlΔ 1 = IiDs = T;(4)预警识别过程如下1)按照设计要求实施钻孔；2)利用安装杆安装多点位移计，最深锚固点处于原岩状态；3)利用安装杆安装钻孔应力计，要求钻孔应力计测量应力方向为多点位移计位移方向；4)按照设计把位移和应力监测网络连接电脑，形成可以实时进行应力位移监测的网5)通过监测网络，定期监测数据，分析其结果，应力增量值Δ σ = Oi-O η，应变增量值=孚=^k，换算正切模量值￡； = ； LLAs根据岩体受力本构关系，在岩体受损伤进入屈服区后，出现正切模量下降的现象；进行dF正切模量数据分析处理，获得正切模量值的斜率A = Y，找出k降低的点；根据正切模量斜dt率k的变化进行岩体破坏失稳预警，当正切模量斜率k为增加或不变时，岩体处于压密或弹性阶段，不会产生岩体破坏失稳；当正切模量斜率k降低时，岩体进入屈服区，开始产生次生裂纹的萌生、扩展、连通导致破坏失稳；所以，把岩体的正切模量斜率k降低点作为破坏失稳的预警点。
全文摘要
本发明属于矿山安全领域，涉及一种利用应力位移监测实现岩体破坏失稳预警识别的方法。其特征是在开挖岩体确定监测区域，并进行编号，利用钻孔应力计和多点位移计监测岩体应力和变形变化，并实时监测，然后换算岩体正切模量值，掌握其变化趋势，判定是否进行岩体破坏失稳预警。该方法施工简单、成本低、效果好，具有较好的可靠性和预警准确度，缩短了岩体破坏失稳预警的时间，改善了施工安全环境，避免了人员设备损失。本发明适用于岩体开挖的矿山、隧道、边坡及水电站硐室等领域。
文档编号E21F17/18GK102505965SQ201110357858
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者王春来 申请人:中国矿业大学(北京)