[發明專利]一種充填體破壞失穩前兆信息監測及預警方法

有效

• 申請號: 201410486604.1
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN104296804B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 徐文彬;潘衛東;張通
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G08C23/06;G08B21/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于礦山安全領域，涉及膠結充填技術中大面積、大階段膠結充填體穩定性監測及預警方法，尤其涉及一種充填體破壞失穩前兆信息監測及預警方法，適用于尾礦庫(壩)、尾砂固結處置體、土質邊坡、礦山排土場等領域。

背景技術

隨著人們對資源充分利用以及環境保護意識的提高，國內外越來越多的礦山開始采用充填法采礦，充填至采場的充填體不僅要維持自身與本階段采場的穩定性，同時還影響上階段采礦作業人員有設備安全，充填體一旦發生破壞失穩，容易引起相鄰充填采場大面積垮塌，以至延伸地表，對地表環境產生嚴重破壞，因此，充填體的穩定性監測及失穩預警顯得尤為重要。目前國內外對現場充填體的穩定性判斷主要采用實驗壓力機測試和工程類別來確定現場充填體的強度范圍，致使國內礦山充填體強度普遍高于國外，直接造成國內充填成本遠高于國外同類礦山，缺少現場監測數據和監測方法來反饋其穩定狀態。

膠結充填體作為一種人工固結復合多孔介質，其結構形式類似于巖土材料，在外界載荷的作用下，充填體內部微觀結構變化勢必會引起其內部導電性能和應力狀態的改變。鑒于此，在礦山開采過程中，發明的充填體破壞失穩前兆信息監測及預警方法通過監測充填體受外界載荷時的電阻率、應力變化情況以掌握充填體破裂前兆信息，不僅可以明確現場充填體的穩定狀態，而且還可有根據地去調整灰砂配比，以顯著地降低充填成本。

發明內容

本發明是針對膠結充填采礦中充填體穩定性狀態不明確、現場監測數據不全和充填成本過高等問題，提出了采用電阻率、應力應變監測數據實現充填體破壞失穩預警的一種方法，不但方法簡單，同時還可大大降低充填成本，提高充填效益，確保能長期、適時地掌握采場充填體穩定狀態。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種充填體破壞失穩前兆信息監測及預警方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)根據鉆孔應力計的尺寸，垂直采場充填體暴露面實施鉆孔，鉆孔直徑應比鉆孔應力計尺寸稍大2～3mm，以便預留安裝鉆孔應力計空間；鉆孔深度在3～5m以上，以便測量到充填體內部信息，施工完鉆孔后需及時安裝，以防塌孔；安裝時，采用特制的安裝導桿以確保鉆孔應力計壓力枕的受力面與充填體受力方向保持一致，鉆孔應力計安裝到位后，將安裝導桿退出；然后，通過液壓油泵給壓力枕施加初始壓力，直到壓力枕與充填體完整接觸，應力表顯示的應力達到一恒定值時，停止加壓；等待應力狀態完全穩定后(五分鐘后)，記錄此時數顯應力儀的應力值并計為初始應力值σ₀，以后通過數顯應力儀分別測量充填體的應力值σ_t，并與前一次記錄的應力值對比，得到充填體前后測量時間間隔的應力改變量，用來掌握充填體受力變化情況。

(2)電阻率監測方向與應力監測方向保持一致，參照應力計安裝步驟與方法沿充填體受力方向實施安裝四個“針式電極”，電極間隔相等，一般為50～60cm，每個電極用銅導線與對應的電阻率采集儀主機的四個極點相聯接，打開電阻率采集主機電源，電阻率采集主機自主開始記錄充填體的電阻率值,記初始電阻率值為ρ₀，并每次與應力測量同步，得到任意時刻的電阻率ρ_t，同樣得到充填體前后測量時間間隔的電阻率改變量，以掌握充填體受載時的電阻率變化情況。

(3)利用前后不同時刻監測到的應力值和電阻率值換算成對應的應力變化量Δσ和電阻率變化量Δρ，然后利用應力變化量和電阻率變化量換算應力變化率和電阻率變化率其中，Δσ＝σ_t-σ_t-1、Δρ＝ρ_t-ρ_t-1。

(4)預警過程如下：

1)按照發明設計的要求實施工應力計和電阻率電極鉆孔；

2)利用特制的安裝導桿安裝鉆孔應力計，鉆孔深度要達到現場充填體內部未受擾動區域，并按要求施加油壓，保證數顯應力儀暢通；

3)利用特制的安裝導桿安裝電阻率電極，要求電阻率電極與應力計方向相同，并通過銅導線與電阻率采集主機接通；

4)按照設計要求把應力監測網絡和電阻率監測網絡連接電腦，形成可實時進行應力和電阻率同步監測系統；

5)通過監測系統，定期監測應力和電阻率數據，分析監測結果，應力變化量Δσ和電阻率變化量Δρ，換算應力變化率和電阻率變化率