新型岩体声发射监测仪的研制与应用

1 前言 材料或结构受外力或内力作用产生变形或破坏,以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射。一般声发射信号强度较弱,人耳不能直接听见,需借助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器检测,分析声发射信号,推断声发射源,评价材料或结构的应力状态的技术称为声发射技术。岩体声发射技术是评价岩体稳定程度,圈定高应力区、预测预报灾害性岩土活动的有效手段。     

声发射技术的现状与展望

材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂,以弹性波形式释放出应变能的现象称为声发射。各种材料声发射的频率很宽,从次声频、声频到超声频,所以,声发射也称为应力波发射。一般,声发射信号的强度很弱,人耳不能直接听见,需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器检测、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术。     

岩体声发射技术在金川二矿区的应用

岩体声发射技术是利用岩体变形破坏过程中产生应力波的强弱,来监测岩体的安全状态。针对金川二矿区地压大、岩体破碎的特点,金川公司先后在二矿区１１５０ｍ水平二期快进巷道、８０１采场、１４３８ｍ水平１２＃采场进路等处进行了应用岩体声发射预报矿岩体和充填体安全状态的试验。在对试验过程和监测结果进行分析的基础上,初步建立了金川二矿区矿岩体和充填体安全状态与声发射参数的近似关系,为实现金川二矿区安全管理的定量化进行了有益探索。     

强风化花岗岩隧道二次衬砌支护时机研究

通过应用RFPA软件分析不同尺寸下强风化花岗岩的岩体变形特性、破坏规律及声发射特征;在隧道开挖过程中通过埋设应力计、位移及声发射仪监测隧道的变化特征,分析开挖过程中岩体应力变化规律、位移变化规律及声发射特性,通过对比数值分析结果,确定了强风化花岗岩的二衬支护时机,并经现场验证,证明了二衬支护时机合理性。     

声发射技术应用于岩体稳定性评价

1 概述 声发射技术是近年来发展起来的一种新的无损检测技术。它是利用监测材料或结构件内部由于应力造成的变形或破裂时发出的声发射(应力)波的方法来检测材料或结构件中的缺陷,并对其进行描述,以便研究材料性能或对结构件进行安全性评价和预报。     

铸铁承压设备声发射特征研究

为开展声发射技术应用于铸铁承压设备检测的应用研究,首先应研究铸铁材料拉伸过程的声发射特征,然后获取铸铁构件上典型裂纹扩展的声发射信号,找到铸铁构件开裂所特有的声发射信号特征,为活性缺陷的正确检测和识别奠定基础。因此,本文首先研究了灰口铸铁HT200材料拉伸试件的声发射特性,然后在报废的造纸烘缸上预制了表面裂纹,采用水压循环加载的方式,用声发射监测其加载试验过程的声发射现象,获取缸体表面裂纹扩展的声学信号样本,确定了随载荷变化,裂纹缺陷扩展的声发射参数特征和定位特征,其结果为后续波形信号的特征提取和模式识别研究提供了典型声发射源信号数据,也为铸铁类构件的声发射检测提供了参考。     

岩体声发射特征现场测试

在矿山井下巷道中采用静态胀裂剂破裂岩体、检测记录这一过程中的声发射（AE）信号。结果表明,岩体声发射活动峰值宏观裂纹出现,声发射信号频谱分布范围宽广,信号在岩体中传播时衰减十分迅速。     

岩体声发射特征现场测试

在矿山井下巷道中采用静态胀裂剂破裂岩体、检测记录这一过程中的声发射（ＡＥ）信号。结果表明，岩体声发射活动峰值宏观裂纹出现，声发射信号频谱分布范围宽广，信号在岩体中传播时衰减十分迅速。     

声发射技术在湘西金矿深井安全开采中的应用

笔者介绍了岩体声发射监测技术及其基本技术参数 ,描述了井下采矿环境下识别岩体声发射信号的频谱特征 ,并进一步介绍了岩体声发射监测技术在湘西金矿深井开采中的应用情况。声发射安全监测技术应用表明 ,声发射事件率及其增长幅度直接反映了顶板稳定性的变化情况 :当岩音频度在 1 0次 /分以下时 ,采场顶板处于稳定 ;但达 1 6次 /分以上时 ,采场顶板就有冒落的可能性 ,应该采取预防措施。该技术安全监测预报结果为深井的安全生产、避免灾害事故的发生提供了决策依据     

岩体活动监测中的几种声发射信息

应用声发射技术监测和预报矿山岩体稳定性,很重要的一点是充分利用仪器监测的各种声发射信息.根据我矿在井下应用声发射监测技术的经验,将岩音按音量的轻重和持续时间的长短分为重音、中音、低音、连音和摩擦音,有利于采场岩体稳定性的监测与预报. 1.重音这是指听觉感到震耳、能率大于20、总事件和大事件均有“1”字显示的单个岩     

履带起重机桁架式臂架破坏性试验过程的声发射特性研究

本文研究了桁架式臂架在破坏性试验过程的声发射特性,为现场桁架式臂架的声发射检测提供数据支持.采用柱面定位可以精确定位弦杆和腹杆中声发射源.对于该结构臂架,腹杆变形先于强度破坏变形阶段,定位源则源于应力释放和腹杆变形引起的漆皮剥落.声发射技术能够及早地发现并定位臂架中发生变形的位置.     

声发射信号在岩体中传播的衰减

1 概述 弹性波在介质中传播,随着距离的增加而衰减。声发射信号作为一种波在岩体中传播也会随着距离的增加而衰减。这种衰减与声发射信号参数(如频率)、岩体特征(如岩性、裂隙发育程度与状态)、距离、传播方向等因素有关。因此,声发射信号在岩体中传播和衰减是很复杂的,只能通过实测得出衰减曲线(衰减函数)。     

基于声发射技术的立柱试验过程安全性研究

液压立柱在接受型式检验时,存在因质量不过关而引发的爆缸、液压喷射等现象,给国家财产和现场检验人员人身安全带来极大威胁。为提高安全性,需对立柱试验过程进行监控,及早发现爆缸或液压喷射等迹象,特引入声发射技术对被试的立柱进行监测。声发射技术对立柱在受压过程中产生的裂纹弹性波进行捕捉、分析、处理和显示,并用时差定位方法和小波包技术对声发射信号进行处理以进一步提高定位精度。研究结果表明:该技术可以实时展现立柱缸体内部声发射源信息,帮助检验人员及时发现裂纹的产生,从而避免立柱钢筒爆裂现象发生、提高试验安全。     

岩体声发射监测在符山铁矿地压研究中的应用

应用YSS型岩体声发射监测仪,根据岩音频度、大事件、岩音能率等参数,对符山铁矿无底柱分段崩落法采场地压、岩体稳定性的预测预报等进行研究表明:回采时,工作面后方及侧翼岩体均受到扰动而出现应力集中,应力升高区约距工作面15～25m;利用声发射监测来预测岩体稳定性、预报局部冒落是可行的、有效的。     

单轴压缩条件下预制裂纹红砂岩试样声发射特征研究*

为研究单轴压缩条件下预制裂纹红砂岩试样声发射特征,运用伺服压力机、声发射系统对砂岩试样进行单轴压缩试验,结合声发射特征参数与应力时间关系,对砂岩试样变形失稳破坏过程进行分析,并在相同加载方式下分析不同裂纹角度对砂岩试样变形破坏特征的影响。结果表明:砂岩试样破坏过程按力学性质可分为压密、弹性变化、塑性变化及峰后残余4个阶段,预制裂纹对试样的峰值应力有显著降低作用;声发射信号可分为平静期、上升期、波动期3个阶段,信号与砂岩试样破坏过程存在良好对应关系,不同角度预制裂纹对应的声发射信号特征不同,平静期45°裂纹试样声发射事件相对较活跃,振铃累积率相对最高,0°裂纹试样最早进入声发射波动期;在相同加载方式下,声发射信号参数RA值受裂纹角度影响较大,可以利用声发射信号RA值的演化判断岩石材料中裂纹方向与荷载方向的关系。     

基于声发射多参数时间序列的瓦斯突出预测

为准确预测煤与瓦斯突出,提出基于煤岩体破裂声发射(AE)多参数时间序列的煤与瓦斯突出预测方法。选取煤岩体声发射事件率、能率和b值等作为观测参量,建立小世界回声状态网络(SW-ESN)预测模型,并对煤岩体声发射多参数时间序列进行拟合与预测;运用突变理论与模糊数学结合的燕尾型突变级数法对预测的声发射序列建立煤与瓦斯突出预测模型。实例应用表明:SW-ESN对声发射时间序列的预测精度高,对突出情况的预测结果与现场实际基本符合,验证了本文提出的方法对煤与瓦斯突出预测的可行性和有效性。     

应用岩体声发射技术监测采场顶板稳定性的研究

该矿南矿带自1992年采用上向水平分层进路式充填法开采以来,由于采场顶板的矿岩裸露,易发生冒顶事故,为了寻求对顶板的监测预报的手段,1994年冶金工业部安全环保研究院和我矿共同开展岩体声发射技术应用研究。在此基础上,我矿利用YSS型岩体声发射监测仪对南矿带上向采场的岩体声发射参数进行监测收集、整理分析,并结合现场情况判断采场顶板的稳定性,对有冒落可能的作出预报,进而采取措施避免事故发生。     

基于BP神经网络的岩石损伤声发射事件源定位研究*

工程岩体一般包含大量的节理、裂隙等各类缺陷,利用AE技术可以对缺陷进行定位,但仍然有很大误差。为进一步减小AE定位误差,确定缺陷位置,做好安全预警工作,研究提高岩石声发射定位精度的优化方法。利用断铅实验模拟产生声发射信号,将声发射信号特征参数中的幅值、能量、振铃计数以及到达时差作为输入,断铅点真实坐标作为输出,构建BP神经网络模型,并通过实验确定最优隐含层数等参数,最后通过交叉学习训练交叉预测得出断铅点坐标,并与基于到达时差的传统定位法以及考虑材料各向异性条件下的波速优化算法进行对比。结果表明:BP神经网络算法与传统方法相比,板状岩石声发射定位的误差显著减小,定位精度提高;岩石试件定位误差的误差波动更为平稳,有效改善了声发射源位置对定位效果的影响。本方法为岩石缺陷的精确定位提供了1种较好的技术手段。     

起重机械箱形梁声发射波传播特性仿真与实验研究

声发射检测通过采集材料本身产生的AE信号,实现对结构损伤处AE源的定位及损伤状态评估。正确认识声发射信号波在结构中的传播规律,有助于实现起重机械声发射检测传感器优化布置及对损伤状态的量化判断,特别对于声发射技术应用在起重机械健康监测方面具有积极的意义。     

白云岩单轴压缩试验声发射特性研究

在单轴压缩条件下,进行白云岩破坏全过程的声发射试验研究,得到应力、声发射特性与时间的关系,并研究了岩体的Kaiser效应。结果表明:（1）岩石单轴压缩破坏过程中并不是所有试验岩样有具有典型的声发射特征阶段,部分岩样AE曲线中可以找到Kaiser效应特征点,但是多数岩样的Kaiser效应特征点不明显;（2）岩样的AE现象在应力达到峰值前会经过一个平静期,而在岩石发生破坏直至彻底破坏阶段,AE现象明显增加,这个先平静后剧增的过程可以作为预报岩爆发生的一种警示信号;（3）大多数岩样都在AE能量达到最大时发生彻底破坏。