[发明专利]一种充填体破坏失稳前兆信息监测及预警方法

说明书

技术领域

本发明属于矿山安全领域，涉及胶结充填技术中大面积、大阶段胶结充填体稳定性监测及预警方法，尤其涉及一种充填体破坏失稳前兆信息监测及预警方法，适用于尾矿库(坝)、尾砂固结处置体、土质边坡、矿山排土场等领域。

背景技术

随着人们对资源充分利用以及环境保护意识的提高，国内外越来越多的矿山开始采用充填法采矿，充填至采场的充填体不仅要维持自身与本阶段采场的稳定性，同时还影响上阶段采矿作业人员有设备安全，充填体一旦发生破坏失稳，容易引起相邻充填采场大面积垮塌，以至延伸地表，对地表环境产生严重破坏，因此，充填体的稳定性监测及失稳预警显得尤为重要。目前国内外对现场充填体的稳定性判断主要采用实验压力机测试和工程类别来确定现场充填体的强度范围，致使国内矿山充填体强度普遍高于国外，直接造成国内充填成本远高于国外同类矿山，缺少现场监测数据和监测方法来反馈其稳定状态。

胶结充填体作为一种人工固结复合多孔介质，其结构形式类似于岩土材料，在外界载荷的作用下，充填体内部微观结构变化势必会引起其内部导电性能和应力状态的改变。鉴于此，在矿山开采过程中，发明的充填体破坏失稳前兆信息监测及预警方法通过监测充填体受外界载荷时的电阻率、应力变化情况以掌握充填体破裂前兆信息，不仅可以明确现场充填体的稳定状态，而且还可有根据地去调整灰砂配比，以显著地降低充填成本。

发明内容

本发明是针对胶结充填采矿中充填体稳定性状态不明确、现场监测数据不全和充填成本过高等问题，提出了采用电阻率、应力应变监测数据实现充填体破坏失稳预警的一种方法，不但方法简单，同时还可大大降低充填成本，提高充填效益，确保能长期、适时地掌握采场充填体稳定状态。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种充填体破坏失稳前兆信息监测及预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据钻孔应力计的尺寸，垂直采场充填体暴露面实施钻孔，钻孔直径应比钻孔应力计尺寸稍大2～3mm，以便预留安装钻孔应力计空间；钻孔深度在3～5m以上，以便测量到充填体内部信息，施工完钻孔后需及时安装，以防塌孔；安装时，采用特制的安装导杆以确保钻孔应力计压力枕的受力面与充填体受力方向保持一致，钻孔应力计安装到位后，将安装导杆退出；然后，通过液压油泵给压力枕施加初始压力，直到压力枕与充填体完整接触，应力表显示的应力达到一恒定值时，停止加压；等待应力状态完全稳定后(五分钟后)，记录此时数显应力仪的应力值并计为初始应力值σ₀，以后通过数显应力仪分别测量充填体的应力值σ_t，并与前一次记录的应力值对比，得到充填体前后测量时间间隔的应力改变量，用来掌握充填体受力变化情况。

(2)电阻率监测方向与应力监测方向保持一致，参照应力计安装步骤与方法沿充填体受力方向实施安装四个“针式电极”，电极间隔相等，一般为50～60cm，每个电极用铜导线与对应的电阻率采集仪主机的四个极点相联接，打开电阻率采集主机电源，电阻率采集主机自主开始记录充填体的电阻率值,记初始电阻率值为ρ₀，并每次与应力测量同步，得到任意时刻的电阻率ρ_t，同样得到充填体前后测量时间间隔的电阻率改变量，以掌握充填体受载时的电阻率变化情况。

(3)利用前后不同时刻监测到的应力值和电阻率值换算成对应的应力变化量Δσ和电阻率变化量Δρ，然后利用应力变化量和电阻率变化量换算应力变化率和电阻率变化率其中，Δσ＝σ_t-σ_t-1、Δρ＝ρ_t-ρ_t-1。

(4)预警过程如下：

1)按照发明设计的要求实施工应力计和电阻率电极钻孔；

2)利用特制的安装导杆安装钻孔应力计，钻孔深度要达到现场充填体内部未受扰动区域，并按要求施加油压，保证数显应力仪畅通；

3)利用特制的安装导杆安装电阻率电极，要求电阻率电极与应力计方向相同，并通过铜导线与电阻率采集主机接通；

4)按照设计要求把应力监测网络和电阻率监测网络连接电脑，形成可实时进行应力和电阻率同步监测系统；

5)通过监测系统，定期监测应力和电阻率数据，分析监测结果，应力变化量Δσ和电阻率变化量Δρ，换算应力变化率和电阻率变化率