一种易泥化矿岩失稳突变的预警方法技术

一种易泥化矿岩失稳突变的预警方法，包括制作矿岩试件，对矿岩试件分别进行单轴压缩条件下的声发射试验，并获得各矿岩试件的位移、载荷和声发射参数数值；计算并分析易泥化矿岩弹性应变能曲线演化的突变特征；构建弹性应变能应变序列的易泥化矿岩失稳突变预警模型，联立分歧集方程Δ>0时表明易泥化矿岩处于稳定状态，Δ<0时易泥化矿岩处于非稳定状态，Δ＝0时易泥化矿岩处于临界状态。本发明专利技术的方法能全面、快速、准确地预测易泥化矿岩的失稳突变破坏，为矿山开采的矿岩失稳突变预警防治提供科学参考依据。学参考依据。学参考依据。

An early warning method for instability mutation of argillaceous ore and rock

【技术实现步骤摘要】
一种易泥化矿岩失稳突变的预警方法


[0001]本专利技术涉及矿山采空区围岩破坏的预警，具体涉及一种易泥化矿岩失稳突变的预警方法。

技术介绍

[0002]随着地表浅部矿产资源的日益匮乏，矿山开采逐步向深部开采。然而，深部开采所面临的复杂地质条件，如高地热、高地压、环境潮湿和含水量大等使部分深部井下矿岩出现吸水后易泥化、力学性能劣化和软化突变破坏的现象，导致采空区围岩变形和破坏，危害矿山开采的人员生命和财产安全。目前易泥化矿岩失稳时的预警方法主要分三类：宏观破坏特征、变形力学机制和数值模拟分析，其中依靠宏观破坏特征预警主要为易泥化矿岩巷道的顶板下沉、底板上鼓和两边严重变形，这种方法适用于一定深度的井下巷道，而对于非巷道的情况则并不适用。变形力学机制预警主要是通过室内试验岩样的物理力学参数突变处定义预警点进行预警，例如弹性模量、应力、应变、泊松比和变形模量等，其缺点是具有较大的个体差异性。数值模拟分析在岩石材料的预警中使用广泛，主要是针对岩样受载时的应力场、位移场和塑性区分布进行模拟分析，从而确定其预警特征，但很难模拟复杂的真实地质情况，具有一定的片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种易泥化矿岩失稳突变的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、制作矿岩试件，所述矿岩试件包括易泥化矿岩试件和未明显泥化矿岩试件；步骤二、对步骤一所述的矿岩试件分别进行单轴压缩条件下的声发射试验，并获得各矿岩试件的位移、载荷和声发射参数数值；步骤三、计算并分析易泥化矿岩弹性应变能曲线演化的突变特征；步骤四、构建弹性应变能应变序列的易泥化矿岩失稳突变预警模型，具体过程如下：外力对岩石做的总功可以通过微积分计算应力
‑
应变曲线与应变轴围成的面积得到，输入的岩石内部的总能量包括弹性应变能和耗散能：U＝U
e
+U
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，U为压力机输入岩石内部的总能量，单位为J；U
e
为试样内部的弹性应变能，单位为J；U
d
为累积耗散能，单位为J；分别根据下式计算得出：总能量：式中：σ
i
为第i时刻试样承受的应力，单位为MPa，ε
i
为第i时刻试样产生的应变；弹性应变能：累积耗散能：U
d
＝U
‑
U
e
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中：σ
i
为第i时刻试样承受的应力，单位为MPa；V为试样体积，单位为mm3；E
e
为试件弹性模量，单位为MPa；引入尖点突变模型包含的3个函数方程分别为：标准势函数方程V(x)为：V(x)＝x4+ux2+zx
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中：u和z为控制变量，x为状态变量；平衡曲面方程V
′
(x)为：V
′
(x)＝4x3+2ux+z
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)奇点集方程V
″
(x)为：V
″
(x)＝12x2+2u
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)其中平衡曲面方程和奇点集方程需要满足等于0，将式(6)和式(7)联立可得分歧集方程为：Δ＝8u3+27z2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)其中Δ>0时表明易泥化矿岩处于稳定状态，Δ<0时易泥化矿岩处于非稳定状态，Δ＝0时易泥化矿岩处...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵康，严雅静，伍俊，赵康奇，杨健，黄奇正，敖文强，聂强，陈佳乐，
申请(专利权)人：生态环境部固体废物与化学品管理技术中心，
类型：发明
国别省市：