一种充填体破坏失稳前兆信息监测及预警方法
【专利摘要】本发明公开了一种充填体破坏失稳前兆信息监测及预警方法，用于确定现场充填体监测区域，并进行编号，利用钻孔应力计和针式电极实时监测充填体应力和电阻率值，然后换算应力变化率和电阻率变化率，掌握其变化趋势，达到精确预警充填体破坏失稳。本发明适用于矿山充填开采、尾砂固结处置、土质边坡、矿山排土场等领域，实施简单、可靠度高、成本低、效果好，可以明确现场充填体的稳定状态，还可有根据地去调整灰砂配比，以显著地降低充填成本。
【专利说明】一种充填体破坏失稳前兆信息监测及预警方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于矿山安全领域，涉及胶结充填技术中大面积、大阶段胶结充填体稳定 性监测及预警方法，尤其涉及一种充填体破坏失稳前兆信息监测及预警方法，适用于尾矿 库（坝）、尾砂固结处置体、土质边坡、矿山排土场等领域。
【背景技术】
[0002] 随着人们对资源充分利用以及环境保护意识的提高，国内外越来越多的矿山开始 采用充填法采矿，充填至采场的充填体不仅要维持自身与本阶段采场的稳定性，同时还影 响上阶段采矿作业人员有设备安全，充填体一旦发生破坏失稳，容易引起相邻充填采场大 面积垮塌，以至延伸地表，对地表环境产生严重破坏，因此，充填体的稳定性监测及失稳预 警显得尤为重要。目前国内外对现场充填体的稳定性判断主要采用实验压力机测试和工程 类别来确定现场充填体的强度范围，致使国内矿山充填体强度普遍高于国外，直接造成国 内充填成本远高于国外同类矿山，缺少现场监测数据和监测方法来反馈其稳定状态。
[0003] 胶结充填体作为一种人工固结复合多孔介质，其结构形式类似于岩土材料，在外 界载荷的作用下，充填体内部微观结构变化势必会引起其内部导电性能和应力状态的改 变。鉴于此，在矿山开采过程中，发明的充填体破坏失稳前兆信息监测及预警方法通过监测 充填体受外界载荷时的电阻率、应力变化情况以掌握充填体破裂前兆信息，不仅可以明确 现场充填体的稳定状态，而且还可有根据地去调整灰砂配比，以显著地降低充填成本。
【发明内容】
[0004] 本发明是针对胶结充填采矿中充填体稳定性状态不明确、现场监测数据不全和充 填成本过高等问题，提出了采用电阻率、应力应变监测数据实现充填体破坏失稳预警的一 种方法，不但方法简单，同时还可大大降低充填成本，提高充填效益，确保能长期、适时地掌 握采场充填体稳定状态。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0005] -种充填体破坏失稳前兆信息监测及预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006] (1)根据钻孔应力计的尺寸，垂直采场充填体暴露面实施钻孔，钻孔直径应比钻 孔应力计尺寸稍大2?3mm，以便预留安装钻孔应力计空间；钻孔深度在3?5m以上，以 便测量到充填体内部信息，施工完钻孔后需及时安装，以防塌孔；安装时，采用特制的安装 导杆以确保钻孔应力计压力枕的受力面与充填体受力方向保持一致，钻孔应力计安装到位 后，将安装导杆退出；然后，通过液压油泵给压力枕施加初始压力，直到压力枕与充填体完 整接触,应力表显示的应力达到一恒定值时，停止加压；等待应力状态完全稳定后（五分钟 后），记录此时数显应力仪的应力值并计为初始应力值σ ^，以后通过数显应力仪分别测量 充填体的应力值σ t，并与前一次记录的应力值对比，得到充填体前后测量时间间隔的应力 改变量，用来掌握充填体受力变化情况。
[0007] (2)电阻率监测方向与应力监测方向保持一致，参照应力计安装步骤与方法沿充 填体受力方向实施安装四个"针式电极"，电极间隔相等，一般为50?60cm，每个电极用铜 导线与对应的电阻率采集仪主机的四个极点相联接，打开电阻率采集主机电源，电阻率采 集主机自主开始记录充填体的电阻率值，记初始电阻率值为Ρ〇,并每次与应力测量同步， 得到任意时刻的电阻率P t，同样得到充填体前后测量时间间隔的电阻率改变量，以掌握充 填体受载时的电阻率变化情况。
[0008] (3)利用前后不同时刻监测到的应力值和电阻率值换算成对应的应力变化量 Λ σ和电阻率变化量△ P，然后利用应力变化量和电阻率变化量换算应力变化率·和电
【权利要求】
1. 一种充填体破坏失稳前兆信息监测及预警方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 根据钻孔应力计的尺寸，垂直采场充填体暴露面实施钻孔，钻孔直径应比钻孔应力 计尺寸稍大2?3mm，以便预留安装钻孔应力计空间；钻孔深度在3?5m以上，以便测量到 充填体内部信息，施工完钻孔后需及时安装，以防塌孔；安装时，采用特制的安装导杆以确 保钻孔应力计压力枕的受力面与充填体受力方向保持一致，钻孔应力计安装到位后，将安 装导杆退出；然后，通过液压油泵给压力枕施加初始压力，直到压力枕与充填体完整接触， 应力表显示的应力达到恒定值时，停止加压；等待应力状态完全稳定后（五分钟后），记录 此时数显应力仪的应力值并计为初始应力值σ ^，以后通过数显应力仪分别测量充填体的 应力值σ t，并与前一次记录的应力值对比，得到充填体前后测量时间间隔的应力改变量， 用来掌握充填体受力变化情况。 (2) 电阻率监测方向与应力监测方向保持一致，参照应力计安装步骤与方法沿充填体 受力方向实施安装四个"针式电极"，电极间隔相等，一般为50?60cm，每个电极用铜导线 与对应的电阻率采集仪主机的四个极点相联接，打开电阻率采集主机电源，电阻率采集主 机自主开始记录充填体的电阻率值，记初始电阻率值为P。，并每次与应力测量同步，得到 任意时刻的电阻率P t，同样得到充填体前后测量时间间隔的电阻率改变量，以掌握充填体 受载时的电阻率变化情况。 (3) 利用前后不同时刻监测到的应力值和电阻率值换算成对应的应力变化量△ 〇和 电阻率变化量△ Ρ，然后利用应力变化量和电阻率变化量换算应力变化率和电阻率变化 率·;其中，Δ σ = σ r σ t-ι、Δ P = P t_P t-1。 (4) 预警过程如下： 1) 按照发明设计的要求实施工应力计和电阻率电极钻孔； 2) 利用特制的安装导杆安装钻孔应力计，钻孔深度要达到现场充填体内部未受扰动区 域，并按要求施加油压，保证数显应力仪畅通； 3) 利用特制的安装导杆安装电阻率电极，要求电阻率电极与应力计方向相同，并通过 铜导线与电阻率采集主机接通； 4) 按照设计要求把应力监测网络和电阻率监测网络连接电脑，形成可实时进行应力和 电阻率同步监测系统； 5) 通过监测系统，定期监测应力和电阻率数据，分析监测结果，应力变化量Λ 〇和电 阻率变化量Λ ρ，换算应力变化率和电阻率变化率 6) 依据充填体受载应力变化和电阻率变化规律，充填体在达到峰值应力发生塑性屈服 之前，应力随着时间而增高，电阻率变化随时间而降低，进入塑性屈服后，应力随着时间而 降低，电阻率变化随时间而增高。当应力变化率处于正值和电阻率变化率处于负值，充填体 处于受压阶段，还未达到塑性屈服峰值，充填体不会发生破坏失稳；当应力变化率处于负值 和电阻率变化率处于正值时，充填体进入塑性屈服阶段，充填体内部新的裂纹发育、发展并 连通导致破坏失稳。因而，可把应力变化率值Μ从正到负和电阻率变化率值:3>从负到正作 为充填体破坏失稳的预警点的预警点。
【文档编号】G01D21/02GK104296804SQ201410486604
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】徐文彬, 潘卫东, 张通 申请人:中国矿业大学(北京)