【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿物勘测，尤其涉及一种矿柱稳定性分析与监测预警的方法。
技术介绍
1、全面采矿法是缓倾斜矿体较为常用的采矿方法，在全面法开采过程中往往会留设矿柱群来保障采场的稳定。然而，在长期开采扰动和自然风化等因素影响下，局部矿柱出现失稳破坏，并可能导致矿柱群发生“多米诺骨牌”失稳，造成大面积矿柱和采空区破坏、甚至引起较大能量的矿震。因此，矿柱稳定性问题是这类矿山安全生产管理的重中之重。
2、国内外学者在矿柱稳定性研究方面做的大量的工作，主要集中在对矿柱失稳机理及矿柱稳定性计算这两个方面，这些方法基本上都是从理论上去评估矿柱群的稳定性，不能结合实际监测数据来评估其稳定性，目前也有少数学者采用应力或者其它方式进行现场监测，但监测手段和结果相对单一，均存在准确性不高的缺点。
3、有鉴于此，有必要设计一种矿柱稳定性分析与监测预警的方法，以解决上述问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种矿柱稳定性分析与监测预警的方法，通过对室内试验、理论计算和现场监测相结合的方法，实现了矿柱稳定性的精确分析，为矿柱稳定性研究提供了新的思路。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种矿柱稳定性分析与监测预警的方法，包括以下步骤：
3、s1、矿柱稳定性综合分析
4、(1)矿柱破坏孕育过程试验分析
5、a)将经过单轴压缩试验的矿柱从加载到破坏的声发射事件变化速率特征结果分为四个阶段；
6、b
7、(2)矿柱破坏孕育周期理论计算
8、(ⅰ)计算所述矿柱的强度；
9、(ⅱ)计算所述矿柱的应力σp；
10、(ⅲ)确定矿柱破坏孕育周期；
11、s2、对矿柱现场安装监测系统
12、采用微震监测技术和应力监测技术对所述矿柱的稳定性进行实时在线综合远程监测；
13、s3、矿柱稳定性监测预警
14、根据步骤s1中确定的所述矿柱的破坏孕育周期，对步骤s2中设置的检测技术设置不同级别的预警信息。
15、进一步地，步骤s1中，所述声发射事件变化速率特征结果的四个阶段包括：oa声发射初始增长阶段、ab声发射平静阶段、bc声发射初加速增长阶段、cd声发射加速增长阶段。
16、进一步地，步骤s1中，所述矿柱的破坏过程的五个周期包括：
17、初始孕育期：即声发射初始增加阶段，在该阶段岩体受力开始增加，内部不连续面开始压密，这个过程产生较多的声发射事件；岩体受力＜σa；
18、等速孕育期：即声发射平静期阶段，在该阶段岩体受力继续增加，但未导致岩体内部出现大量破裂，这个过程不会产生较多的声发射事件；σa≤岩体受力≤σb；
19、初加速孕育期：即声发射初加速增加阶段，在该阶段岩体受力继续增加，导致岩体内部出现一定程度的破裂，这个过程会产生较多的声发射事件；σb＜岩体受力≤σc；
20、加速孕育期：即声发射加速增加阶段，在该阶段岩体受力临近岩体自身强度，会导致岩体内部出现大量的破裂，这个过程会产生大量的声发射事件，也会产生一定程度的宏观破坏；σc＜岩体受力≤σd；
21、破坏期：即声发射加速增加后期阶段，在该阶段岩体受力超过岩体自身强度，随时发生破坏。
22、进一步地，步骤s1中，σa为在oa声发射初始增长阶段与ab声发射平静阶段受到的临界应力；σb为在ab声发射平静阶段与bc声发射初加速增长阶段受到的临界应力；σc为在bc声发射初加速增长阶段与cd声发射加速增长阶段受到的临界应力；σd为超过cd声发射加速增长阶段时受到的临界应力。
23、进一步地，步骤s1中，所述矿柱的强度计算的公式包括：根据经典矿柱强度bunting经验公式计算：
24、sp＝sl(wp/h)0.5
25、式中：sp—矿柱的强度，mpa；sl—矿岩强度参数，mpa；wp—矿柱的宽度，m；h—矿柱的高度，m。
26、进一步地，步骤s1中，计算所述矿柱的应力σp的方法包括：根据所述矿柱的分布特征，建立矿区中所述矿柱的三维数值模型。
27、进一步地，步骤s1中，确定矿柱破坏孕育周期的方法为：根据所述矿柱的应力计算结果σp和所述矿柱的强度sp进行分析：
28、当所述矿柱处于破坏初始孕育期；当所述矿柱处于破坏等速孕育期；当所述矿柱处于破坏初加速孕育期；当所述矿柱处于破坏加速孕育期；当所述矿柱处于破坏期。
29、进一步地，步骤s2中，所述微震监测技术包括设置在所述矿柱内的微震传感器；所述微震传感器用于监测所述矿柱受力破坏过程中的声发射事件数；所述应力监测技术包括设置在所述矿柱内的钻孔应力计；所述钻孔应力计用于监测所述矿柱的轴向应力的变化量。
30、进一步地，步骤s2中，所述微震传感器和所述钻孔应力计的工作原理为：传感器通过信号电缆线与数据采集仪连接，数据采集仪将采集到的数据通过光缆传输到地表矿山监控室，同时监控室数据可利用因特网传输，实现数据的远程监控。
31、进一步地，步骤s3中，所述不同级别的预警信息包括：若所述矿柱的破坏孕育周期处于破坏加速孕育期或者破坏期，应立即发出矿柱失稳预警信息；若所述矿柱的破坏孕育周期处于加速破坏期之前，需要实时监测声发射和所述矿柱应力的数据变化，其中，若发现所述矿柱所受的应力增加后致使进入加速破坏期，同时所述矿柱的声发射事件数快速增加，此时应发出矿柱失稳预警信息。
32、本专利技术的有益效果是：
33、1、本专利技术提供的一种矿柱稳定性分析与监测预警的方法通过矿柱稳定性综合分析、对矿柱现场安装监测系统、矿柱稳定性监测预警相结合的方法，实现了矿柱稳定性的精确分析，为矿柱稳定性研究提供了新的思路。
34、2、本专利技术提供的一种矿柱稳定性分析与监测预警的方法通过对矿柱破坏孕育过程试验分析，将矿柱的声发射事件变化速率特征结果分为四个阶段的结果，将矿柱的破坏过程分为五个周期，能准确预矿岩的破坏状况，保障作业人员及设备的安全，实现硬岩矿山地压准，为评估矿岩的破坏状况提供了一种新的评估方式，具有推广使用的价值。
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1.一种矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于：步骤S1中，所述声发射事件变化速率特征结果的四个阶段包括：OA声发射初始增长阶段、AB声发射平静阶段、BC声发射初加速增长阶段、CD声发射加速增长阶段。
3.根据权利要求2所述的矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于：步骤S1中，所述矿柱的破坏过程的五个周期包括：
4.根据权利要求3所述的矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于：步骤S1中，σA为在OA声发射初始增长阶段与AB声发射平静阶段受到的临界应力；σB为在AB声发射平静阶段与BC声发射初加速增长阶段受到的临界应力；σC为在BC声发射初加速增长阶段与CD声发射加速增长阶段受到的临界应力；σD为超过CD声发射加速增长阶段时受到的临界应力。
5.根据权利要求1所述的矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于：步骤S1中，所述矿柱的强度计算的公式包括：根据经典矿柱强度Bunting经验公式计算：
6.根据权利要求5所述的矿柱稳定性
7.根据权利要求6所述的矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于：步骤S1中，确定矿柱破坏孕育周期的方法为：根据所述矿柱的应力计算结果σP和所述矿柱的强度Sp进行分析：
8.根据权利要求1所述的矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于：步骤S2中，所述微震监测技术包括设置在所述矿柱内的微震传感器；所述微震传感器用于监测所述矿柱受力破坏过程中的声发射事件数；所述应力监测技术包括设置在所述矿柱内的钻孔应力计；所述钻孔应力计用于监测所述矿柱的轴向应力的变化量。
9.根据权利要求8所述的矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于：步骤S2中，所述微震传感器和所述钻孔应力计的工作原理为：传感器通过信号电缆线与数据采集仪连接，数据采集仪将采集到的数据通过光缆传输到地表矿山监控室，同时监控室数据可利用因特网传输，实现数据的远程监控。
10.根据权利要求1所述的矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于：步骤S3中，所述不同级别的预警信息包括：若所述矿柱的破坏孕育周期处于破坏加速孕育期或者破坏期，应立即发出矿柱失稳预警信息；若所述矿柱的破坏孕育周期处于加速破坏期之前，需要实时监测声发射和所述矿柱应力的数据变化，其中，若发现所述矿柱所受的应力增加后致使进入加速破坏期，同时所述矿柱的声发射事件数快速增加，此时应发出矿柱失稳预警信息。
...【技术特征摘要】
1.一种矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于：步骤s1中，所述声发射事件变化速率特征结果的四个阶段包括：oa声发射初始增长阶段、ab声发射平静阶段、bc声发射初加速增长阶段、cd声发射加速增长阶段。
3.根据权利要求2所述的矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于：步骤s1中，所述矿柱的破坏过程的五个周期包括：
4.根据权利要求3所述的矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于：步骤s1中，σa为在oa声发射初始增长阶段与ab声发射平静阶段受到的临界应力；σb为在ab声发射平静阶段与bc声发射初加速增长阶段受到的临界应力；σc为在bc声发射初加速增长阶段与cd声发射加速增长阶段受到的临界应力；σd为超过cd声发射加速增长阶段时受到的临界应力。
5.根据权利要求1所述的矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于：步骤s1中，所述矿柱的强度计算的公式包括：根据经典矿柱强度bunting经验公式计算：
6.根据权利要求5所述的矿柱稳定性分析与监测预警的方法，其特征在于：步骤s1中，计算所述矿柱的应力σp的方法包括：根据所述矿柱的分布特征，建立矿区中所述矿柱的三维数值模型。
7.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭府华，王卫军，黄英华，胡静云，李益龙，
申请(专利权)人：长沙矿山研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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