一種充填體破壞失穩(wěn)前兆信息監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種充填體破壞失穩(wěn)前兆信息監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法，用于確定現(xiàn)場(chǎng)充填體監(jiān)測(cè)區(qū)域，并進(jìn)行編號(hào)，利用鉆孔應(yīng)力計(jì)和針式電極實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充填體應(yīng)力和電阻率值，然后換算應(yīng)力變化率和電阻率變化率，掌握其變化趨勢(shì)，達(dá)到精確預(yù)警充填體破壞失穩(wěn)。本發(fā)明適用于礦山充填開(kāi)采、尾砂固結(jié)處置、土質(zhì)邊坡、礦山排土場(chǎng)等領(lǐng)域，實(shí)施簡(jiǎn)單、可靠度高、成本低、效果好，可以明確現(xiàn)場(chǎng)充填體的穩(wěn)定狀態(tài)，還可有根據(jù)地去調(diào)整灰砂配比，以顯著地降低充填成本。
【專利說(shuō)明】一種充填體破壞失穩(wěn)前兆信息監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于礦山安全領(lǐng)域，涉及膠結(jié)充填技術(shù)中大面積、大階段膠結(jié)充填體穩(wěn)定 性監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法，尤其涉及一種充填體破壞失穩(wěn)前兆信息監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法，適用于尾礦 庫(kù)（壩）、尾砂固結(jié)處置體、土質(zhì)邊坡、礦山排土場(chǎng)等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們對(duì)資源充分利用以及環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的礦山開(kāi)始 采用充填法采礦，充填至采場(chǎng)的充填體不僅要維持自身與本階段采場(chǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)還影 響上階段采礦作業(yè)人員有設(shè)備安全，充填體一旦發(fā)生破壞失穩(wěn)，容易引起相鄰充填采場(chǎng)大 面積垮塌，以至延伸地表，對(duì)地表環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，因此，充填體的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及失穩(wěn)預(yù) 警顯得尤為重要。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)現(xiàn)場(chǎng)充填體的穩(wěn)定性判斷主要采用實(shí)驗(yàn)壓力機(jī)測(cè)試和工程 類別來(lái)確定現(xiàn)場(chǎng)充填體的強(qiáng)度范圍，致使國(guó)內(nèi)礦山充填體強(qiáng)度普遍高于國(guó)外，直接造成國(guó) 內(nèi)充填成本遠(yuǎn)高于國(guó)外同類礦山，缺少現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)方法來(lái)反饋其穩(wěn)定狀態(tài)。
[0003] 膠結(jié)充填體作為一種人工固結(jié)復(fù)合多孔介質(zhì)，其結(jié)構(gòu)形式類似于巖土材料，在外 界載荷的作用下，充填體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化勢(shì)必會(huì)引起其內(nèi)部導(dǎo)電性能和應(yīng)力狀態(tài)的改 變。鑒于此，在礦山開(kāi)采過(guò)程中，發(fā)明的充填體破壞失穩(wěn)前兆信息監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法通過(guò)監(jiān)測(cè) 充填體受外界載荷時(shí)的電阻率、應(yīng)力變化情況以掌握充填體破裂前兆信息，不僅可以明確 現(xiàn)場(chǎng)充填體的穩(wěn)定狀態(tài)，而且還可有根據(jù)地去調(diào)整灰砂配比，以顯著地降低充填成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是針對(duì)膠結(jié)充填采礦中充填體穩(wěn)定性狀態(tài)不明確、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不全和充 填成本過(guò)高等問(wèn)題，提出了采用電阻率、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)充填體破壞失穩(wěn)預(yù)警的一 種方法，不但方法簡(jiǎn)單，同時(shí)還可大大降低充填成本，提高充填效益，確保能長(zhǎng)期、適時(shí)地掌 握采場(chǎng)充填體穩(wěn)定狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種充填體破壞失穩(wěn)前兆信息監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0006] (1)根據(jù)鉆孔應(yīng)力計(jì)的尺寸，垂直采場(chǎng)充填體暴露面實(shí)施鉆孔，鉆孔直徑應(yīng)比鉆 孔應(yīng)力計(jì)尺寸稍大2?3mm，以便預(yù)留安裝鉆孔應(yīng)力計(jì)空間；鉆孔深度在3?5m以上，以 便測(cè)量到充填體內(nèi)部信息，施工完鉆孔后需及時(shí)安裝，以防塌孔；安裝時(shí)，采用特制的安裝 導(dǎo)桿以確保鉆孔應(yīng)力計(jì)壓力枕的受力面與充填體受力方向保持一致，鉆孔應(yīng)力計(jì)安裝到位 后，將安裝導(dǎo)桿退出；然后，通過(guò)液壓油泵給壓力枕施加初始?jí)毫?，直到壓力枕與充填體完 整接觸,應(yīng)力表顯示的應(yīng)力達(dá)到一恒定值時(shí)，停止加壓；等待應(yīng)力狀態(tài)完全穩(wěn)定后（五分鐘 后），記錄此時(shí)數(shù)顯應(yīng)力儀的應(yīng)力值并計(jì)為初始應(yīng)力值σ ^，以后通過(guò)數(shù)顯應(yīng)力儀分別測(cè)量 充填體的應(yīng)力值σ t，并與前一次記錄的應(yīng)力值對(duì)比，得到充填體前后測(cè)量時(shí)間間隔的應(yīng)力 改變量，用來(lái)掌握充填體受力變化情況。
[0007] (2)電阻率監(jiān)測(cè)方向與應(yīng)力監(jiān)測(cè)方向保持一致，參照應(yīng)力計(jì)安裝步驟與方法沿充 填體受力方向?qū)嵤┌惭b四個(gè)"針式電極"，電極間隔相等，一般為50?60cm，每個(gè)電極用銅 導(dǎo)線與對(duì)應(yīng)的電阻率采集儀主機(jī)的四個(gè)極點(diǎn)相聯(lián)接，打開(kāi)電阻率采集主機(jī)電源，電阻率采 集主機(jī)自主開(kāi)始記錄充填體的電阻率值，記初始電阻率值為Ρ〇,并每次與應(yīng)力測(cè)量同步， 得到任意時(shí)刻的電阻率P t，同樣得到充填體前后測(cè)量時(shí)間間隔的電阻率改變量，以掌握充 填體受載時(shí)的電阻率變化情況。
[0008] (3)利用前后不同時(shí)刻監(jiān)測(cè)到的應(yīng)力值和電阻率值換算成對(duì)應(yīng)的應(yīng)力變化量 Λ σ和電阻率變化量△ P，然后利用應(yīng)力變化量和電阻率變化量換算應(yīng)力變化率·和電

【權(quán)利要求】
1. 一種充填體破壞失穩(wěn)前兆信息監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 根據(jù)鉆孔應(yīng)力計(jì)的尺寸，垂直采場(chǎng)充填體暴露面實(shí)施鉆孔，鉆孔直徑應(yīng)比鉆孔應(yīng)力 計(jì)尺寸稍大2?3mm，以便預(yù)留安裝鉆孔應(yīng)力計(jì)空間；鉆孔深度在3?5m以上，以便測(cè)量到 充填體內(nèi)部信息，施工完鉆孔后需及時(shí)安裝，以防塌孔；安裝時(shí)，采用特制的安裝導(dǎo)桿以確 保鉆孔應(yīng)力計(jì)壓力枕的受力面與充填體受力方向保持一致，鉆孔應(yīng)力計(jì)安裝到位后，將安 裝導(dǎo)桿退出；然后，通過(guò)液壓油泵給壓力枕施加初始?jí)毫Γ钡綁毫φ砼c充填體完整接觸， 應(yīng)力表顯示的應(yīng)力達(dá)到恒定值時(shí)，停止加壓；等待應(yīng)力狀態(tài)完全穩(wěn)定后（五分鐘后），記錄 此時(shí)數(shù)顯應(yīng)力儀的應(yīng)力值并計(jì)為初始應(yīng)力值σ ^，以后通過(guò)數(shù)顯應(yīng)力儀分別測(cè)量充填體的 應(yīng)力值σ t，并與前一次記錄的應(yīng)力值對(duì)比，得到充填體前后測(cè)量時(shí)間間隔的應(yīng)力改變量， 用來(lái)掌握充填體受力變化情況。 (2) 電阻率監(jiān)測(cè)方向與應(yīng)力監(jiān)測(cè)方向保持一致，參照應(yīng)力計(jì)安裝步驟與方法沿充填體 受力方向?qū)嵤┌惭b四個(gè)"針式電極"，電極間隔相等，一般為50?60cm，每個(gè)電極用銅導(dǎo)線 與對(duì)應(yīng)的電阻率采集儀主機(jī)的四個(gè)極點(diǎn)相聯(lián)接，打開(kāi)電阻率采集主機(jī)電源，電阻率采集主 機(jī)自主開(kāi)始記錄充填體的電阻率值，記初始電阻率值為P。，并每次與應(yīng)力測(cè)量同步，得到 任意時(shí)刻的電阻率P t，同樣得到充填體前后測(cè)量時(shí)間間隔的電阻率改變量，以掌握充填體 受載時(shí)的電阻率變化情況。 (3) 利用前后不同時(shí)刻監(jiān)測(cè)到的應(yīng)力值和電阻率值換算成對(duì)應(yīng)的應(yīng)力變化量△ 〇和 電阻率變化量△ Ρ，然后利用應(yīng)力變化量和電阻率變化量換算應(yīng)力變化率和電阻率變化 率·;其中，Δ σ = σ r σ t-ι、Δ P = P t_P t-1。 (4) 預(yù)警過(guò)程如下： 1) 按照發(fā)明設(shè)計(jì)的要求實(shí)施工應(yīng)力計(jì)和電阻率電極鉆孔； 2) 利用特制的安裝導(dǎo)桿安裝鉆孔應(yīng)力計(jì)，鉆孔深度要達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)充填體內(nèi)部未受擾動(dòng)區(qū) 域，并按要求施加油壓，保證數(shù)顯應(yīng)力儀暢通； 3) 利用特制的安裝導(dǎo)桿安裝電阻率電極，要求電阻率電極與應(yīng)力計(jì)方向相同，并通過(guò) 銅導(dǎo)線與電阻率采集主機(jī)接通； 4) 按照設(shè)計(jì)要求把應(yīng)力監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和電阻率監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接電腦，形成可實(shí)時(shí)進(jìn)行應(yīng)力和 電阻率同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)； 5) 通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，定期監(jiān)測(cè)應(yīng)力和電阻率數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測(cè)結(jié)果，應(yīng)力變化量Λ 〇和電 阻率變化量Λ ρ，換算應(yīng)力變化率和電阻率變化率 6) 依據(jù)充填體受載應(yīng)力變化和電阻率變化規(guī)律，充填體在達(dá)到峰值應(yīng)力發(fā)生塑性屈服 之前，應(yīng)力隨著時(shí)間而增高，電阻率變化隨時(shí)間而降低，進(jìn)入塑性屈服后，應(yīng)力隨著時(shí)間而 降低，電阻率變化隨時(shí)間而增高。當(dāng)應(yīng)力變化率處于正值和電阻率變化率處于負(fù)值，充填體 處于受壓階段，還未達(dá)到塑性屈服峰值，充填體不會(huì)發(fā)生破壞失穩(wěn)；當(dāng)應(yīng)力變化率處于負(fù)值 和電阻率變化率處于正值時(shí)，充填體進(jìn)入塑性屈服階段，充填體內(nèi)部新的裂紋發(fā)育、發(fā)展并 連通導(dǎo)致破壞失穩(wěn)。因而，可把應(yīng)力變化率值Μ從正到負(fù)和電阻率變化率值:3>從負(fù)到正作 為充填體破壞失穩(wěn)的預(yù)警點(diǎn)的預(yù)警點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK104296804SQ201410486604
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】徐文彬, 潘衛(wèi)東, 張通 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)