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卸围压路径下大理岩破坏过程的声发射特性试验研究_丛宇

卸围压路径下大理岩破坏过程的声发射特性试验研究_丛宇
卸围压路径下大理岩破坏过程的声发射特性试验研究_丛宇

第49卷第1期2014年2月

西南交通大学学报

JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY

Vol.49No.1Feb.2014

收稿日期:2013-04-27基金项目:国家自然科学基金资助项目(41372298,

51074095);教育部高等学校博士学科点基金资助项目(20103721110002);山东省自然科学基金资助项目(ZR2010DQ021);山东省高等学校科技计划项目(J10LE01)

作者简介:丛宇(1984-),男,博士研究生,研究方向为岩石力学及地下工程稳定性,

E-mail :cuncin@163.com 文章编号:0258-

2724(2014)01-0097-08DOI :10.3969/j.issn.0258-2724.2014.01.016

卸围压路径下大理岩破坏过程的声发射特性试验研究

宇1,王在泉1,郑颖人2,张黎明

1(1.青岛理工大学土木工程学院,山东青岛266033;2.后勤工程学院建筑工程系,重庆400041)摘

要:为探讨破坏过程中应力路径与声发射特征之间的关系,对大理岩进行了常规三轴压缩与恒轴压、卸围

压试验.试验结果表明:试样声发射特征随路径而变化,常规三轴路径试验的声发射计数率最大值滞后于应力峰值,

出现在峰后应力突降处,而恒轴压、卸围压路径试验的最大计数率出现在应力峰值处;岩样常规三轴路径破坏前声发射事件波动与平静期相互交替,

恒轴压、卸围压路径则明显更具有突发性;低围压下的卸围压试验,卸荷处的声发射事件计数率降低非常明显,围压越高,岩样破坏持续时间越长,破坏时声发射事件计数率越高;卸荷速率越高,

岩样卸荷后的平静期越短,破坏全过程中的声发射计数率最大值越高;塑性阶段卸围压,卸荷点处会出现少量计数率较高的声发射事件,低于破坏时出现的声发射计数率.关键词:声发射;应力路径;常规三轴;恒轴压、卸围压;卸荷速率中图分类号:TU45

文献标志码:A

Experimental Study on Acoustic Emission Features of

Marbles during Unloading Failure Process

CONG Yu 1,WANG Zaiquan 1,ZHENG Yingren 2,ZHANG Liming 1

(1.School of Civil Engineering ,Qingdao Technological University ,Qingdao 266033,China ;2.Department of Civil Engineering ,Logistical Engineering University ,Chongqing 400041,China )

Abstract :To explore the relationship between stress path and emission characteristics during failure process ,the conventional triaxial compression test ,and constant axial stress and unloading confining pressure test were performed on marbles.The results show that acoustic emission features differ with stress paths.In the conventional triaxial compression experiment ,the maximum of acoustic emission count rate takes place at the sudden drop point of stress ,behind the stress peak ,while the acoustic count rate maximizes at the stress peak during the experiments of unloading confining pressure.Before the conventional triaxial compression failure ,the acoustic emission of the rock sample is alternated between the fluctuating and quiet period ,and the paths of constant axial stress and unloading compression are characterized by burstiness.Under a low confining pressure ,the experiment of unloading confining pressure reveals that the acoustic emission count rate falls evidently at the unloading position ,and a higher confining pressure will result in a rock failure lasting longer and a higher acoustic count rate at the time of failure.In addition ,a higher rate of unloading pressure will bring a shorter quiet period to the sample unloaded ,and hence a higher maximum acoustic count rate during the whole failure process.When unloading occurs at the plastic stage ,there will be a small amount of acoustic emission occurring with a relatively high count rate ,but comparatively lower than

西南交通大学学报第49卷

the rate in the rock failure process.

Key words:acoustic emission;stress path;conventional triaxial compression;constant axial loading and unloading confining pressure;unloading rate

岩石变形破坏过程是岩石内部微裂隙萌生、扩展和断裂的过程.在这个过程中以弹性波形式释放出瞬时应变能的现象即为声发射[1].通过对岩体破坏过程的声发射特性分析,可以反演判断出岩体内部结构的破坏机制,从而预测岩体工程的稳定性.将声发射技术应用到矿山矿柱岩体稳定性和岩爆预测中,已经取得了很多研究成果.

文献[2]根据岩体破坏过程的声发射现象预测破坏类型;文献[3]应用Kaiser效应原理评估岩石的围岩应力状态,并应用声发射事件评估岩石的损伤;文献[4]分析了花岗岩、辉绿岩、灰岩、矿石、片岩等岩石单轴压缩破坏过程的声发射特征;文献[5]研究了矽卡岩、闪长岩、粉砂岩等岩石的单轴压缩变形及声发射特性;文献[6]研究了不同岩石的声发射特征;文献[7]分析了三轴压缩试验中花岗岩的声发射特征与变形特征之间的关系;文献[8]分析了在三轴加载条件下岩石的损伤变量;文献[9]认为快速卸围压促使声发射率突增;文献[10-11]对煤样进行三轴加卸围压试验,研究了不同路径下声发射特征的区别;文献[12]分析三轴应力状态下岩石3种不同卸荷方式的声发射特征;文献[13]对片麻岩进行三轴循环载荷作用,寻找其破坏前兆的声发射特征;文献[14]研究了花岗岩直接拉伸环境下的声发射特性;文献[15]研究了加轴压、卸围压路径下大理岩的声发射特性.上述声发射特性研究加深了对岩石破裂机理的认识,应力路径变化必然导致岩石声发射的差异,当前的研究多集中在加荷破坏路径,卸荷破坏过程的声发射特性报道不是很多,并且岩体复杂应力路径破坏过程的声发射特性研究更少见.因此,本文对大理岩试样进行复杂路径下的恒轴压、卸围压试验,包括不同卸荷围压、不同卸荷速率、不同卸荷水平等参数与破坏过程声发射特性之间的关系,以便了解岩石在复杂路径下的声发射特性,探讨复杂路径下不同参数对岩石声发射特性的影响,为进一步认识岩石材料的破裂机理提供依据.

1试验概况

试验采用的大理石岩样均同批次采自河南驻马店,细粒结构,质地细腻均匀.按照国际岩石力学试验要求,在实验室内将岩样加工成直径50mm、高100mm的圆柱体,并对两端仔细研磨.为了尽可能降低试验的离散性,试验前对岩样进行了2步筛选:首先剔除明显含有节理的岩样,然后选取波速为4500m/s左右的岩样.

试验加载系统在中国矿业大学MTS815.02型电液伺服岩石力学试验机上完成.试验采用两种方案:

(1)方案Ⅰ:常规三轴加荷试验

试验分2个阶段:①按静水压力条件施加围压至设定值(10、20、30、40MPa);②围压不变,以位移速度0.003mm/s施加轴向应力至岩样破坏.(2)方案Ⅱ:恒轴压、卸围压试验

试验分3个阶段:①按静水压力条件施加围压(20、40MPa);②围压不变,提高轴向应力至岩样峰值前的某处(60%、80%);③保持轴向应力不变,同时以某一速度(0.2、0.4、0.6,0.8MPa/s)卸围压直到岩样破坏.

在加卸荷试验过程中,利用AE21C声发射测试设备,按照设定的间隔时间同步监测整个破坏过程中的声发射事件.对声发射监测系统,设定声发射的撞击时间为100μs,事件的间隔时间为10000μs.为尽可能减少噪音干扰,设定声发射增益为26dB,阈值为48dB.

2加卸荷破坏的声发射特征

分析过程中由于声发射事件的最大计数率要远高于其它计数率,会掩盖变化过程中的声发射事件变化规律,因此,人为降低轴向应力差-时间曲线和振铃计数率-时间曲线中的最大振铃计数率,以凸显声发射事件的变化规律.为确定不同卸荷应力水平采用的峰值应力,对岩样进行多组单轴压缩试验.声发射-时间曲线要比声发射-应变曲线[4]更能反映出岩样在破坏过程中声发射演化规律,因此,将应力-应变曲线转化为应力-时间曲线.

常规三轴路径试验的结果见表1.围压增加,试样的峰值应力差逐渐增大.单轴路径的振铃峰值明显高于常规三轴路径的振铃峰值,可能是由于单轴路径时振铃峰值产生于试样破坏,而常规三轴路径试样的振铃峰值更可能产生于试样破坏面的摩

89

第1期丛宇等:卸围压路径下大理岩破坏过程的声发射特性试验研究擦.但振铃峰值时间与围压存在明显的对应关系,

如图1所示,121#

破坏面粉末状程度明显高于112#.

表1常规三轴试验结果

Tab.1Experimental data of conventional triaxial compression 岩样编号围压/MPa 峰值应力差/MPa 振铃峰值/(次·s -1)振铃峰值

时间/s 112#095.258532185121#10119.5674325.1110#20139.8852411.3107#30159.31130527.9123

#

40

180.3

1451

536.

9

(a )112#岩样(b )121#岩样

图1岩样加荷破坏照片

Fig.1

Photos of rock failures after loading test

2.1单轴压缩路径

图2为试样112#

的应力-时间曲线,AB 段对

应应力-应变曲线的初始压密阶段,此时岩样内部原有裂隙初步闭合,从其对应的声发射-时间曲线

以及累计声发射-时间曲线来看,压密阶段就开始出现不同程度的声发射活动,

在峰值轴向应力的6.3%、时间34s 左右,声发射事件计数由约20次/s 左右增加至800次/s 左右,但与整个破坏过程中的事件计数最大值相比很小,表明在压缩初期,岩样处于较低的应力状态导致岩样内部的原始裂纹开始闭合,闭合过程或闭合后粗糙面的咬合产生了声发射事件,但能量相对较低,闭合完成后声发射事件减少.

应力-应变曲线弹性阶段对应图2中的BC 段,

应力-时间曲线线性增长,声发射计数与能量计数依然较少,计数率基本维持在80次/s 附近,在峰

值应力的21%,时间为67、94、107s ,计数率偶尔出

现300次/s ,

但累计声发射计数与累计声发射能量缓慢增加,原始裂隙闭合摩擦滑移产生声发射事件,计数率微低于压密阶段,偶尔出现的少量裂隙会引发较大的声发射事件

(a

(b )

图2单轴压缩岩样试验曲线Fig.2Experimental curves of specimens

for uniaxial compression test

应力-应变曲线屈服段对应图2中的CE 段,屈

服初期C 至峰值D 处,声发射开始活跃,但增幅不是很大,整体与BC 段的80次/s 接近,但在峰值应力82%处(时间142s ),声发射时间计数率达到411次/s ;屈服段后期D 处附近明显更活跃,计数

率达922次/s ,

从峰值处开始计数率保持在500次/s 左右,明显高于峰值前各阶段,计数率基

本在E 处(时间185s )声发射事件出现最大值58532次/s .屈服阶段初期,随着岩样受力的持续增加,岩样产生新裂隙,声发射事件也逐渐活跃,这个过程持续到岩样受力达到峰值承载极限时;屈服段后期,新裂纹开始聚合、贯通,岩样开始出现宏观裂隙,破裂面之间的相互作用加剧,声发射事件异常活跃,直至岩样的屈服极限,岩样突然破坏,声发射计数、能量都达到整个破坏过程的最大值.

E 点以后,岩样失去承载能力,此时岩样已产生宏观滑移,声发射事件迅速降低,声发射计数率

9

9

西南交通大学学报第49卷

在80次/s 左右,要比峰值前各阶段低很多.2.2

常规三轴压缩路径

图3为试样121#

常规三轴破坏的峰值应力差达到119.5MPa ,

高于单轴破坏时的应力差.单轴压缩破坏过程中偶尔出现声发射事件,总体上保持稳定;而常规三轴破坏过程的声发射事件则逐渐增大,

直至破坏.计数率增大趋势持续到约276s 时,轴向应力达到峰值的95%左右.围压增加了岩样的承载能力,

加剧了岩样在破坏过程中的剧烈程度,

声发射事件计数率增大

.(a

(b )

图3常规三轴压缩岩样试验曲线

Fig.3Experimental curves of specimens during conventional triaxial compression test

临近破坏时,两种路径的区别非常明显,常规

三轴路径振铃计数率在288s 左右,

计数率就开始活跃,计数率由70次/s 左右增为288次/s.持续

28s 后,在325.1s 处计数率出现最大值674次/s ,这个持续过程可以认为是常规三轴路径下岩样破坏的先兆.围压改变岩样的受力状态,改变了岩样的承载能力,延长了裂隙的发展过程,延迟岩样的破坏瞬间出现,从而为判断岩样破坏提供了依据.

在计数率最大值的声发射事件后,声发射事件

并没有随着试样的破坏而消失,

而是在保持一定计数率的条件下时有活跃,与单轴压缩路径接近消失的情况不同.从累计振铃计数率来看,破坏处累计计数率的增长速率出现变化,但并不是单轴压缩路径的那种突变,并且破坏后累计振铃计数率依然线

性增长.岩样破坏后,

裂隙完全贯通,围压使岩样依然有承载能力,破裂面因摩擦依然产生声发射

事件.

单轴压缩与常规三轴压缩破坏岩样声发射计数率在峰值前产生的相对平静期[4]

并不是非常明显,过了峰值后岩样已经产生宏观裂隙,进入相对平静期的假稳定状态,在裂隙完全贯通后,岩样破坏.

单轴压缩路径的岩样声发射峰值后的计数率要比峰值前的小,而常规三轴压缩路径的岩样声发射峰值后的计数率虽然降低,但偶尔也会出现声发射事件计数率高于峰值前的情形.2.3

恒轴压、卸围压路径恒轴压、卸围压路径试验的结果如表2,卸围

压路径变化引起试样的峰值应力差变化,振铃峰值与振铃峰值时间均变化,表明应力路径变化会导致

试样的声发射特征差异.

图4为恒轴压、卸围压路径的试样破坏照片,与图1相比,破坏面明显要剧烈的多.与常规三轴路径相比,图5中恒轴压、卸围压

路径(试样120#

)下,卸荷点处应力-应变曲线出现明显转折,并且岩样破坏前没有平缓变化,而是迅

速发生破坏,这种破坏比单轴、常规三轴路径都要突然.试验的峰值应力差为120.4MPa.

单轴、常规三轴路径的声发射事件计数率最大值都出现在峰值后应力突降处,滞后于应力峰值的

下降.而恒轴压、卸围压路径岩样破坏突然,在达到峰值后迅速出现应力下降,声发射事件计数率最大值也出现在峰值处.

累计振铃计数率从卸荷点处增长速率就开始降低,在应力突降处迅速增大,与单轴、常规三轴路径在破坏前持续增大的趋势明显不同.

恒轴压、卸围压路径试样的振铃计数率开始很小,约2次/s.在轴压增加过程中,计数率逐渐增加,在卸荷点附近为20次/s 左右.在卸荷开始后,计数率明显降低为2次/s 左右;在达到极限承载时,岩样突然破坏,计数率为12682次/s.与常规三轴路径的区别在岩样破坏前后,常规三轴路径破坏前后都有声发射事件发生,而恒轴压、卸围压路

001

第1期

丛宇等:卸围压路径下大理岩破坏过程的声发射特性试验研究表2恒轴压、卸围压岩样试验结果

Tab.2Experimental data of specimens for constant axial stress and unloading confining pressure test 岩样编号围压/MPa 峰前应力差/%

卸围压速率/(MPa ·s -1)

峰值应力

差/MPa 振铃峰值/(次·s -1)振铃峰值

时间/s 120#20800.2120.412682207.552#40800.2114.814548311.8105#40600.2114.912978286.9115#40600.6123.913072201.0108#40600.4124.912942219.351#

40

80

0.4

113.1

14490

302.

2

(a )120#

岩样(b )52#

岩样

图4岩样卸荷破坏照片

Fig.4

Photos of rock failures after unloading test

径岩样破坏很突然,没有明显声发射破坏先兆.而卸荷点作为应力路径转换的部位,随着围压的降低,声发射事件计数率也迅速降低.

恒轴压、卸围压路径破坏的岩样,破坏时声发射事件的计数率为12682次/s ,高于常规三轴路径674次/s ,低于单轴压缩破坏路径的58532次/s.岩样破坏前的声发射计数率,恒轴压、卸围压路径约为20次/s ,常规三轴路径为70次/s ,单轴路径约为80次/s 左右.声发射事件与试验应力路径密切相关,

应力路径不同,破坏全过程中的声发射事件计数率也明显不同.因此,不能简单地说岩样卸围压破坏比加轴压破坏更剧烈

(a )(b )

图5岩样恒轴压、卸围压试验曲线(围压20MPa )

Fig.5Experimental curves of specimens under constant axial pressure

and unloading confining pressure (confining pressure 20MPa )

3

恒轴压、卸围压路径的声发射特征

3.1

围压

图5(a )与图6为岩样在轴向应力差峰前80%处、不同围压时以速率0.2MPa /s 卸围压的声发射特征图,图5(a )中120#岩样的围压为20MPa ,图6中52#岩样的围压为40MPa ,具体试验结果见表2.

在不同卸荷初始围压时,应力-时间曲线的形

式相似,达到承压峰值后迅速破坏.岩样破坏时,卸

荷围压为20MPa 的岩样,峰值轴向应力为

131.92MPa ;而卸荷围压为40MPa 的岩样,峰值轴向应力为146.79MPa.从卸荷点到岩样破坏持续的时间来看,卸围压为20MPa 的岩样约57s ,围压为40MPa 岩样约105s ,围压提高了岩样的承载能力,岩样破坏的累计过程持续时间变长.

轴压增加过程中,岩样的振铃计数率-时间曲线表明,卸荷围压为20MPa 岩样的计数率从1次/s 开始缓慢增大,在144s 左右计数率已经增

1

01

西南交通大学学报第49卷

长到18次/s.岩样内部变化产生的声发射事件随轴压的增加逐渐增加,但对应岩样应力-应变阶段界限的声发射事件并不很明显,没有明显的平静期.而卸荷围压为40MPa 的岩样,计数率从10次/s 开始,在应力峰值的18.5%、38.9%、74.0%附近出现三次较大的波动,在191s 左右卸荷时,基本维持在12次/s 左右,计数率波动与平静期相互交替.除了岩样性质的影响外,围压越高,岩样内部破坏造成的声发射事件越剧烈,破坏过程中岩样的振铃计数率也整体相对更高,波动也更明显

图6

岩样恒轴压、卸围压试验曲线

(围压40MPa )

Fig.6Experimental curves of specimens under constant axial pressure and unloading confining

pressure (confining pressure 40MPa )

卸荷开始后,围压为20MPa 的岩样计数率迅速降至1次/s 附近,并在一段时间后逐渐增大,直至岩样破坏,

振铃计数率突增到12682次/s.岩样卸围压使原本可能已经处于塑性阶段的岩样释放掉部分能量,岩样内部没有进一步剧烈的裂隙发展与产生,声发射事件迅速减少,一段时间后,裂隙继续发展,岩样破坏引发剧烈的声发射事件.而围压40MPa 的岩样卸荷后,计数率迅速降低至6次/s 左右,同样经过一段时间的缓慢增长后突增到14548次/s ,岩样破坏.高围压下,即使声发射事件减少,振铃计数率也高于低围压下的岩样.3.2

卸荷速率

图7中岩样都是在峰前60%峰值应力、围压

40MPa 下进行的卸围压试验.

由卸荷点后的应力-时间曲线可见,不同卸围

压速率对恒轴压、卸围压试验的影响体现在卸荷速

率0.6MPa /s (115#

)的曲线斜率大于卸荷速率0.2MPa /s (105#)的曲线斜率.岩样破坏时,速率

0.2MPa /s 的岩样峰值轴向应力为146.39MPa ,速率为0.6MPa /s 的岩样峰值轴向应力为136.42MPa.从卸荷点到岩样破坏持续的时间来

看,速率0.2MPa /s 的岩样约为131s ,速率

0.6MPa /s 的岩样约为50s.卸荷速率越快,围压降低越快,岩样破坏过程需要的累积时间也越短,

使岩样破坏越剧烈,见表2中的试样115#和105#

(a )0.2MPa /s

卸围压速率

(b )0.6MPa /s 卸围压速率

图7

岩样恒轴压、卸围压试验曲线

(不同卸荷速率)

Fig.7Experimental curves of specimens under constant axial pressure and unloading confining

pressure (different unloading rates )

在卸荷速率0.2MPa /s 的试验中,岩样的振铃计数率从开始时的20次/s 左右逐渐增大,在140s 左右增大至180次/s.卸荷开始后,有一段时

间(约为60s )的平静期,

随后声发射事件计数率迅速增加,直至岩样破坏时达到12978次/s.

卸荷速率为0.6MPa /s 的岩样,振铃计数率也从20次/s 左右逐渐增大,在卸荷点140s 左右增

大至80次/s.其它条件相同,

但速率0.6MPa /s 的岩样振铃计数率整体上低于速率0.2MPa /s 的岩样.卸荷速率越高,岩样的围压降低越快,岩样内部裂隙的发展速率越低,声发射事件强度也越低.速率0.6MPa /s 的岩样卸荷开始后,振铃计数率也有一段平静期,大约持续20s 左右.在160s 左右振铃计数率迅速增大,破坏时达到13072次/s.卸荷速率越高,卸荷开始后岩样内部

20

1

第1期丛宇等:卸围压路径下大理岩破坏过程的声发射特性试验研究裂隙发展越快,平静期越短,岩样进入振铃破坏增长阶段也越快,破坏时处于较高的应力差水平上,破坏更剧烈,声发射事件也就更加显著.3.3卸荷水平

图8所示为岩样在40MPa 围压、卸荷速率0.4MPa /s 下进行卸荷的试验曲线.峰前60%峰值应力处,卸荷岩样108#

的振铃计数率从35次/s 开始随着轴压增加过程逐渐增大;在卸荷点137s 左右,达到100次/s.计数率曲线保持一段相对平静期,约25s.然后,在158s 左右迅速增大,直至岩样破坏,达到12942次/s (数据见表2)

(a )峰前60%

峰值应力处

(b )峰前80%峰值应力处

图8

岩样恒轴压、卸围压试验曲线(不同卸荷水平)

Fig.8Experimental curves of specimens under constant axial pressure and unloading confining

pressure (different unloading levels )

峰前80%峰值应力处,卸荷岩样51#

在加轴压过程初期从10次/s 开始,在27s 附近声发射事件有明显的波动,计数率达到20次/s ,随后,计数率曲线保持稳定,在卸荷时195s 左右出现一个明显的声发射事件,计数率达到61次/s 左右,之后曲线保持稳定,直至岩样破坏,300s 左右达到14490次/s.

不同卸荷水平的计数率曲线的区别很大,计数

率初期在峰前80%峰值应力处卸荷出现波动,

这是由岩样自身内部的微裂隙决定的.峰前60%峰值应力处卸荷,计数率曲线持续增大,在卸荷点附近持续一段平静期;在峰前80%峰值应力处卸荷,计数率曲线基本保持平稳,但在卸荷处出现次于最

大声发射事件的少量声发射事件,

表明峰值应力60%处卸荷基本为弹性段卸荷,岩样内部裂隙发展稳定,卸荷后岩样的声发射事件不会持续增大,而

在峰值应力80%处的塑性区卸荷,岩样裂隙不稳定,卸荷时出现少量较大声发射事件.

峰前80%峰值应力处卸荷的破坏计数率14490次/s ,明显高于峰前60%峰值应力处卸荷的破坏计数率12942次/s ;峰前60%峰值应力处岩样卸荷至破坏持续66s 左右,

峰前80%峰值应力处岩样卸荷至破坏持续60s 左右,因此,在塑性阶段卸荷引起的岩样内部破坏声发射更剧烈.

4结论

本文通过对大理岩恒轴压、卸围压破坏过程的

声发射特征进行分析,

得到以下结论:(1)大理岩破坏试验应力路径不同,破坏过程

中的声发射特征明显不同,声发射特征与应力路径密切相关.常规三轴压缩路径在破坏前有明显的破坏先兆,而单轴压缩路径与恒轴压、卸围压路径则没有.单轴、常规三轴路径的声发射事件计数率最大值出现在轴向应力峰值后应力突降处,而恒轴压、卸围压路径出现在轴向应力峰值处.

(2)在恒轴压、卸围压试验中,卸荷处的声发射事件计数率明显降低.恒轴压、

卸围压路径破坏前的声发射计数率是3种路径中最低的;而破坏时

的声发射事件计数率高于常规三轴路径,低于单轴压缩路径.

(3)在恒轴压、卸围压试验中,围压越高的岩样,声发射事件计数率越高,计数率的最大值也越大,卸荷后岩样破坏过程持续时间也较长.高围压下路径转换处的声发射事件计数率降低没有低围压下显著,声发射呈明显的强弱交替现象.(4)大理岩在高围压下以不同卸荷速率卸围压,卸荷开始后,声发射事件存在一段平静期,卸荷速率越高,平静期越短.当卸荷速率较高时,对应的应力突降前的声发射计数率相对较低;卸荷后破坏持续过程时间越短,应力突降时声发射事件的计数率越高,岩样破坏也越剧烈.

(5)高围压下大理岩在塑性阶段卸围压,卸荷

3

01

西南交通大学学报第49卷

处会出现仅次于最大声发射事件计数率的少量声发射事件.与弹性阶段卸围压相比,塑性阶段卸围压声发射事件计数率的最大值更高,卸荷后破坏的持续时间也更短.

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Acoustic emission experimental research on large-

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Acoustic emission characteristics of marble during

failure process under different stress paths[J].

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(中文编辑:秦萍玲英文编辑:兰俊思)

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岩石蚀变的概念、种类和相关特征

岩石蚀变的概念、种类及相关特征 一、概念 围岩蚀变:指在热液矿床的形成过程中,围岩受到流体和热液的作用影响所发生的各种交代变质作用。影响围岩蚀变的因素主要为热液或流体的性质、成分、温度、压力、围岩的性质和成分等。围岩蚀变的种类很多,如矽卡岩化、云英岩化、钠长岩化和碳酸盐化等。交代蚀变形成的围岩,成为蚀变围岩。如云英岩、矽卡岩、钠长岩等。由于一定的围岩蚀变常与一定类型的热液矿床相联系,并能反映热液矿床形成物理-化学条件。因此围岩蚀变可以有助于阐明热液矿床形成过程的物理化学条件及矿床的成因等。同时它又是重要的找矿标志。蚀变围岩常具有分带现象,这是建立交代蚀变成矿模式的重要基础。另外,某些蚀变围岩,如明矾石化岩、叶腊石岩、高岭土岩等本身就是非金属矿产。 蚀变作用:泛指岩石、矿物受到热液、地表水、海水以及其它作用的影响,产生适合新的物理-化学条件下新的矿物或矿物组合的过程。围岩蚀变、化学风化和变质交代作用,都属于蚀变作用的范畴。 蚀变围岩:在热液作用下,使矿物成分、化学成分、结构、构造发生变化的岩石,由于他们经常见于热液矿床的周围,故称为蚀变围岩。一定的热液矿床常与某些类型蚀变围岩共生。因此,蚀变围岩不仅是研究热液矿床成因的重要标志,也是重要的找矿标志之一。某些特殊的蚀变围岩,如明矾石化的火山岩本身就有开采利用的价值。 褪色作用:指在热液作用影响下,导致岩石中的深色矿物消失,铁镁组分淋失,使得原来岩石变成浅色的蚀变作用。 碱质交代作用:内生含碱质(如钾和钠)的成矿溶液对围岩所进行的各种交代作用。在这种作用过程中,形成由碱性长石(钾长石、钠长石)、碱性角闪石、碱性辉石、云母、方柱石、霞石等碱性硅酸盐矿物组成的交代蚀变岩石,表现出碱质在溶液及其交代过程中的积极作用。根据碱金属的不同,可分为钾质交代和钠质交代两大类。钾质交代,包括钾长石化、云母化、云英岩化、绢英岩化等;钠质交代,包括钠质辉石化、钠质角闪石化、钠长石化、钠长-更长石化、霞石化、方柱石化及部分沸石化等。碱质交代作用常有冥想的成矿专属性。例如与钾质交代最密切的是钨、锡、钼、铜、金、钽、铌重稀土元素、铷、铯和硼等;与

煤柱尺寸对巷道围岩变形和破坏状况研究

煤柱尺寸对巷道围岩变形和破坏状况研究摘要:该文对矿区煤柱及围岩现场应力测试,分析了不同地质情况下不同的煤柱尺寸内应力受采动影响的变化趋势,提出如何进行煤柱尺寸的优化设计,从而保证在具体的地质情况及支护方式下煤柱的尺寸满足巷道的正常使用要求。 关键词:煤柱围岩应力;尺寸优化;巷道支护 abstract: in this paper the coal pillar mining area and surrounding rock stress test, analyze the different geological conditions of different internal stress pillar size by mining the change trend of influence, and puts forward how to carry on the pillar size optimization design, so as to ensure the geological conditions in specific ways and the support of the size of the coal pillar meet the normal use of the requirements. keywords: pillar surrounding rock stress; size optimization; of support 中图分类号: p614 文献标识码:a 文章编号: 0 前言 采准巷道[1]大多布置在煤层中,煤柱尺寸不仅对巷道围岩的稳定性有很大影响,而且影响煤炭资源回收率。煤柱尺寸偏小,不能承受采动时矿山压力的影响,容易发生危险事故;煤柱尺寸偏大时,

变压器差动保护的比率制动特性曲线及现场测试方法

变压器差动保护的比率制动特性曲线及现场测试方法 摘要:目前变压器都安装了差动保护,并引入比率制动式差动继电器继电器AL3 AL4 ,以保障电力系统的安全运行水平。为此,介绍变压器差动保护的制动特性曲线及现场测试方法。 关键词:变压器;差动保护;制动特性;测试方法 1前言 变压器是现代电力系统中的主要电气设备之一。由于变压器发生故障时造成的影响很大,故应加强对其继电保护装置功能的调试,以提高电力系统的安全运行水平。变压器保护装置中最重要一项配置——差动保护,就是为了防御变压器内部线圈及引出线的相间及匝间短路,以及在中性点直接接地系统侧的引出线和线圈上的接地短路。同时,由于差动保护选择性好,灵敏度高,因此,我们还应该考虑该保护能躲过励磁涌流和外部短路所产生的不平衡电流,同时应在变压器过励磁时能不误动。 2差动保护中引入比率制动特性曲线 变压器在正常负荷状态下,电流互感器电流互感器LDZ1 的误差很校这时,差动保护的差回路不平衡电流也很小,但随着外部短路电流的增大,电流互感器就可能饱和,误差也随之增大,这时的不平衡电流也随之增大。当电流超过保护动作电流时,差动保护就会误动,因此,为了防止变压器区外故障发生时差动保护误动作,我们希望引入一种继电器,其动作特性是:它的动作电流将随着不平衡电流的增大而按比例增大,并且比不平衡电流增大的还要快,这样误动就不会出现。因此,我们在差动保护中引入了比率制动式差动继电器,它除了以差动电流作为动作电流外,还引入了外部短路电流作为制动电流。当外部短路电流增大时,制动电流也随之增大,使继电器的动作电流也相应增大,从而有效地防止了变压器区外故障发生时差动保护误动作,制动特性曲线见图1。 由图1可知,该保护继电器能可靠地躲过外部故障时的不平衡电流,能有效地防止变压器区外故障发生时保护误动作,因此,差动保护的制动特性曲线的精确性是决定保护装置正确动作的关键,故制动特性曲线的测试是整套保护装置的调试重点。 3制动特性曲线的测试方法 以往在实际工作中,由于试验仪器所限,我们很容易忽略比率制动特性的测试,认为制动系数装置已固有,不用测试,结果往往造成保护装置因调试工作不细致而误动作。但随着现场

围岩蚀变分类

围岩蚀变【wall rock alteration】围岩蚀变:通常指成矿围岩在气-液和超临界流体作用下所发生的化学成分和物理性质的变化。或在内生成矿作用过程中,矿体围岩在热液作用下所导致发生在矿物成分、化学组分及物理性质等诸方面的变化即围岩蚀变。 决定蚀变围岩的类型和蚀变作用强度的因素有:①围岩的性质,包括围岩的化学成分、矿物成分、粒度、物理状态(如是否受力破碎)、渗透性等;②热液的性质,包括热液的化学成分、浓度、pH、Eh、温度和压力条件,以及它们在热液作用过程中的变化。 由于蚀变岩石的分布范围比矿体大,容易被发现,更为重要的是蚀变围岩常常比矿体先暴露于地表,因而可以指示盲矿体的可能存在和分布范围。 1.钠长石化 原岩主要为酸性、中性、基性碱性火成岩,主要特征矿物是钠长石,形成与高-低温热液环境。与铌、钽、铍、稀土元素及钨、锡、金、铁、铜、磷、黄铁矿等相关。 2.夕卡岩化 夕卡岩主要是由石榴子石(钙铝石榴子石-铁铝石榴子石)、辉石(透辉石-钙铁辉石)及其他一些钙、铁、镁的铝硅酸盐矿物所组成的岩石。它主要产生在中酸性侵入体与碳酸盐类岩石的接触带或其附近,在中等深度条件下,经气水热液的高温交代作用形成的。与夕卡岩化有关的矿产主要有:钨、锡、钼、铁、铜、铅-锌等。 3.绢云母化 一种广泛的中-低温热液蚀变,在中性和酸性火成岩及板岩等富铝岩石中最常见。绢英岩化与云英岩化过程在本质上相同,只是后者形成温度较低,它们之间可存在着过渡关系,即云英-绢英岩化。在金、铜、铅、锌、钼和铋等以及萤石、红柱石、刚玉等矿床中都能见绢云母化现象。特别是斑岩型铜、钼矿床、黄铁矿型铜矿床和多金属矿床。 4.云英岩化 一种发生在花岗岩类岩石中的高温热液蚀变。云英岩化除产生主要特征矿物:石英和白云母,还可有锂云母、黄玉、电气石、萤石、绿柱石以及黑钨矿、锡石、辉钼矿等。云英岩化和钾长石化、钠长石化在成因上密切相关,因此在蚀变岩体中,常可见到它们的共生。根据云英岩的主要矿物含量,可划分为:富云母云英岩、富石英云英岩、黄玉云英岩、萤石云英岩与电气石云英岩等类别或岩带。云英岩化常与钨、锡、钼、铋、铌、钽、铍、锂等矿化有关。 5.绿泥石化 与绿泥石化有关的原岩主要是中性-基性的火成岩,部分酸性火成岩和泥质岩石也可产生绿泥石化。在围岩蚀变过程中,绿泥石主要由富含铁、镁的硅酸盐矿物经热液交代蚀变而成,也可由热液带来铁、镁组分与一般的铝硅酸盐矿物交代反应而形成。与成矿作用有关的绿泥石化,多与其他热液蚀变作用(如电气石化、绢云母化、硅化、碳酸盐化等)共生,很少单独出现,与其有关的矿产主要是铜、铅、锌、金、银、锡和黄铁矿等。

主变比率制动式差动保护

主变比率制动式差动保 护 Company number:【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

1.1.1. 主变比率制动式差动保护 比率制动式差动保护能反映主变内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障,既要考虑励磁涌流和过励磁运行工况,同时也要考虑TA 断线、TA 饱和、TA 暂态特性不一致的情况。 由于变压器联结组不同和各侧TA 变比的不同,变压器各侧电流幅值相位也不同,差动保护首先要消除这些影响。本保护装置利用数字的方法对变比和相位进行补偿,以下说明均基于已消除变压器各侧电流幅值相位差异的基础之上。 1.1.1.1. 比率差动动作方程 ? ?? ??-+-+≥-+≥>)I 6I (6.0)I I 6(S I I ) I I (S I I I I e res 0.res e 0.op op 0.res res 0.op op 0.op op ) I 6I ()I 6I I ()I I (e res e res 0.res res.0res >≤<≤ (6-3-1) op I 为差动电流,0.op I 为差动最小动作电流整定值,res I 为制动电流,0.res I 为最小制动电流整定 值,S 为动作特性折线中间段比率制动系数。op.0I ,res.0I ,S 需用户整定。 对于两侧差动: 21I I I op += (6-3-2) 2I 21res I I -= (6-3-3) 1I ,2I 分别为变压器高、低压侧电流互感器二次侧的电流。各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。 1.1.1. 2. 比率差动动作特性 比率差动动作特性同图6-3-1所示: 图6-3-1 主变(厂变、励磁变)比率差动动作特性 注:只有主变比率差动保护动作特性才有速动区,厂变和励磁变均没有速动区。 1.1.1.3. 主比率差动启动条件 当三相最大差动电流大于倍最小动作电流时,比率制动式差动启动元件动作。 图6-3-2 主变增量差动保护动作特性图 1.1. 2. 主变差动保护逻辑图 主变差动保护逻辑如图6-3-3所示: 图6-3-3 主变(厂变、励磁变)差动保护逻辑图

深部围岩变形破坏时效性分析

深部围岩变形破坏时效性分析 1.引言 围岩应力场和位移场的分布规律是地下工程设计中必须解决的主要问题。地下洞室的失稳破坏,往往是从洞室周边开始、由于围岩应力超载或围岩位移过量所致,而岩石的流变性使得围岩的变形具有很强的时效性。一方面由于岩石和岩体本身的结构和组成反映出明显的流变性质,另一方面也由于岩体的受力条件(包括长期受力和三轴应力状态)使流变性质更为突出,因此,在矿山和地下工程中表现的力学现象,包括地压、变形、破坏等等几乎都与时间有关。巷道或隧道开挖后,在地应力的作用下,围岩往往会向巷道或隧道内慢慢地移动收敛,具体表现是:侧墙逐渐向内移动,底板慢慢隆起,顶拱则进一步开裂。各种长期监测资料表明,自洞室开挖至数月或数年内,围岩的变形和应力分布均随时间发生变化。现在己经认识到岩体流变的普遍性,并用塑性流动和粘性流动来解释地下工程的时间效应问题。岩石的流变变形也是导致岩体地下工程中支护结构产生变形和破坏的主要原因,作用于地下结构衬砌上的载荷会随时间而增长,大型边坡和地下洞室的变形会逐渐加大,甚至会引起灾难性的后果。 因此,对地下洞室变形时效性的研究,也是我们在地下工程中合理选择支护类型及支护结构的前提,对于研究开挖后的工程岩体的动态特征以及岩体工程的设计,均具有十分重要的意义。 2.岩体时效(Rock Timeliness)的影响因素 岩体流变性质和时效特征是岩石材料的固有力学属性,也是用以解释和分析地质构造运动现象和进行岩体工程长期稳定性预测的重要依据。根据大地构造测试结果,地壳目前的平均蠕变速率为106l/s。不少大断层至今仍有持续移动的迹象。在边坡、隧洞、基坑、矿井、铁路路基等岩体工程中,岩体流变现象很常见。近年来,由于能源开发的扩大和环境保护要求的提高,所进行的天然气、液化气、油料以及核废料地下储藏课题研究,将岩石材料在不同荷载水平和不同温度条件下的长期变形与稳定问题提到了十分紧迫和重要的地位。一般认为,岩体工程中的时间效应主要是由以下几个方面的因素所引起的: (l)、岩石材料本身所具有的粘性性质,如蠕变、松弛、滞后以及弹性后效等。一般的软岩,如盐岩、泥岩、粘土岩等,其粘滞系数都达到106-109MPa.S。硬岩的流变性态相对较弱,如测得的花岗岩的粘滞系数为1013MPa .S。然而,由于受到成岩过程中的地质构造运动影响,岩石材料中存在各种裂隙、节理、层理等构造面,这一结构特点导致脆性岩体亦呈现较强的

深部开采

深部矿井开采技术问题 摘要:本文根据我国主要深部矿区30余对矿井的实地调查、部分井下观测和25个矿务局的函调材料,对我国煤矿深部开采的基本状况及其在开采中遇到的巷道维护、冲击地压、瓦斯突出及地热等主要问题作了总结和剖析,并就今后煤矿深部开 技术问题提出了几点看法和建议。 1煤矿深部开采的现状及趋势 深井开采技术是当今世界主要深井开采国家(如德国、原苏联、波兰等)十分关注的问题之一。随着我国煤矿开采规模的扩大,开采深度的逐渐增加,深部开采中遇到的各种技术问题日益增多,对当前的煤矿生产和今后矿井建设的影响日趋严重。因此,研究深部开采问题,对安全、经济、合理地开发深部煤炭资源无疑有特别重要的意义。 我国是世界第一产煤大国,1997年原煤产量13.3亿吨。全国主要国有矿区90多个,井工开采的生产矿井588对(1996年统计)。据不完全统计,采深超过800m的深井19对,其中开滦矿务局赵各庄、沈阳矿务局彩屯矿采深超过1000m,新汶矿务局孙村矿、华丰矿、长广七矿采深超过800m。“八五”期间新打深井65个,平均深度588m,其中700~800m的井筒28个,800~1000m的井筒13个,1000m以上井有12个。 据煤炭资源开发和资源保护研究指出,在我国预测总储量中73.2%埋深在1000m 以下,浅部储量较少。因此,深井开采技术不仅是目前一些深矿井面临的问题,而且从长远看,它将是我国今后进一步开发利用深部煤炭资源的带有战略意义的问题。 2深井开采的主要技术问题 2·1矿压显现加剧,巷道维护困难随着矿井采深的不断增加,一方面,巷道断面必需加大,据对开滦矿区统计,近10年间采深平均增加100m,岩石巷道断面平均增加8.1%,煤、半煤岩巷平均增加32%;另一方面,地压增大,在深部高应力作用下,围岩移动更为剧烈,巷道产生变形破坏更为严重。在调查的超过700m的深井中,巷道矿压问题普遍严重,底鼓成为常见的地压现象,特别在采准巷道中尤其严重。失修和严重失修巷道比例增加,据开滦局调查统计,井深1000m时巷道失修率约是同条件下500~600m埋深巷道失修率的3~15倍,部分矿井巷道失修和严重失修率达20%以上。巷道维修占用大量人力物力,林西矿井深800m,巷道维修工占井下工人的比重为7.00%~10.50%。很多深部巷道由于严重破坏无法行人、行车而被迫停产反修。且常常出现前掘后修、重复反修的象。深井巷道维护问题已成为整个矿井生产系统中的最薄弱环节。 出现上述现象的主要原因是客观上井深、围岩应力增加。主观上没有充分认识深井巷道矿压规律,巷道支护形式不能适应深井巷道围岩变形的要求,支护形式、支架参数

热液矿床常见围岩蚀变解读

常见围岩蚀变 热液蚀变:在热液成矿作用下,近矿围岩与热液发生反应,而产生的一系列旧物质被新物质所替代的交代作用。围岩蚀变可产生在矿石沉淀之前、同时或之后,其结果使得围岩的化学成分、矿物成分以及结构、构造等均遭受到不同程度的改变,甚至面目全非。决定蚀变围岩的类型和蚀变作用强度的因素有:①围岩的性质,包括围岩的化学成分、矿物成分、粒度、物理状态(如是否受力破碎)、渗透性等;②热液的性质,包括热液的化学成分、浓度、pH、Eh、温度和压力条件,以及它们在热液作用过程中的变化。 主要围岩蚀变类型与矿化种类的关系 一.矽卡岩化 夕卡岩主要是由石榴子石(钙铝石榴子石-铁铝石榴子石)、辉石(透辉石-钙铁辉石)及其他一些钙、铁、镁的铝硅酸盐矿物所组成的岩石。它主要产生在中酸性侵入体与碳酸盐类岩石的接触带或其附近,在中等深度条件下,经气水热液的高温交代作用形成的。 在矽卡岩中常有一些含挥发份的矿物,如方柱石、萤石、斧石、电气石等,以及如绿泥石、石英及钙、铁、镁的碳酸盐等热液矿物,金属矿物则以磁铁矿、白钨矿、锡石、黄铁矿及铜、铅、锌的硫化物等为主。与夕卡岩有关的矿产主要有:钨、锡、钼、铁、铜、铅-锌等。 (1)矿物组成 矽卡岩矿物主要有钙、铁、镁的硅酸盐矿物。从矿物族来看,主要有石榴子

石族、辉石族、硅灰石族和蔷薇灰石族等。而这些矿物中,石榴子石和辉石最为常见和重要,它们常可以单独组成矽卡岩,其中以石榴子石矽卡岩最为常见,其次是透辉石矽卡岩,钙铁辉石矽卡岩以及石榴子石-透辉石矽卡岩等。在矽卡岩中常见一些含挥发分的矿物,如方柱石、萤石、斧石、电气石等。此外,还常发育典型的热液阶段形成的矿物,如绿泥石,石英,萤石,含钙铁镁的碳酸盐类矿物,以及硫酸盐矿物(如硬石膏)等。 由于矽卡岩矿床是在成矿流体对碳酸盐围岩交代蚀变的,因此许多金属的氧化物,含氧盐和硫化物也包括在其中,主要有:磁铁矿、赤铁矿、镜铁矿、白钨矿、锡石、磁黄铁矿、黄铁矿、毒砂、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿辉钼矿。 (2)简单矽卡岩矿物成分较为简单,主要为无水的岛状和单链状硅酸盐,他们常组成矽卡岩的主体,为主要的特征矿物岩。 石榴子石矽卡岩:矿物成分是钙铝石榴子石Ca3Al2 (SiO4) 3和钙铁石榴子石Ca3Fe2 (SiO4)3的类质同像系列组成的。一般来说,内矽卡岩对为钙铝石榴子石,外矽卡岩多为钙铁石榴子石。多数是半自形粒状,环带状结构。在成矿的矽卡岩中,石榴子石矽卡岩常呈大小不同的不规则脉状交代体。 透辉石和钙铁辉石矽卡岩:单独的透辉石矽卡岩较为常见,特别当围岩是白云质灰岩或白云岩时,更为常见。颜色多为浅绿,深绿,褐绿色居多,柱粒状结构。而单独由钙铁辉石矽卡岩组成的矽卡岩较少见,但也有存在。 硅灰石矽卡岩:通常为白色,有时呈丝绢状光泽,分布范围一般比较小,局部地方出现。 符山石矽卡岩:符山石是含水的岛状硅酸盐Ca10 (Mg,Fe)2Al4 (Si2O7)[SiO4]5(OH,F)4为晚期矽卡岩。在与钨锡矿有关的改造型花岗岩接触带中常出现符山石。符山石矽卡岩常在中泥盆世泥灰岩中发育,为黄绿,褐绿以及灰绿色,呈放射状,柱状集合体。 黑柱石矽卡岩:主要产与铁,铜等矿床有关的矽卡岩中,其有关的围岩主要为火山沉积岩系,在纯的碳酸盐岩中不易发育。黑柱石 CaFe22+Fe3+ [Si2O7]O[OH] 。 (3)复杂矽卡岩 1.矽卡岩时期:在超临界的气化-高温热液条件下进行,主要特征是形成各

跨采巷道围岩变形破坏与控制张玉涛

浅谈跨采巷道围岩变形破坏与控制 张玉涛 (淮北矿业集团公司临涣煤矿,安徽淮北235136) 摘 要 该文主要介绍了跨采巷道围岩的变形机理及变形特点,并概述了跨采巷道围岩稳定控制的关键。关键词 跨采巷道 围岩变形 控制 中图分类号TD325 文献标识码 A doi :10.3969/j.issn.1005-2801.2012.06.106 Brief Talk on Deformation And Control Of Surrounding Rocks Of Roadway Affected By Overhead Mining Zhang Yu -tao (Linhuan Coal Mine ,Huaibei Mining Industy Group ,Huaibei 235136,China ) Abstract The paper presented the deformation mechanism and features of surrounding rocks of roadway affected by overhead mining ,and briefly summa-rized the key of control measures of roadway affected by overhead mining. Key words roadway affected by overhead mining deformation of surrounding rocks control *收稿日期:2012-05-08 作者简介:张玉涛(1982-),男,安徽阜阳人,2011年本科毕业于安徽理工大学采矿工程专业,助理工程师,现任淮北矿业集团临涣煤矿综采三区主管技术员。 我国现阶段煤层底板巷道主要采用跨采的方式,跨采形式分为横跨和纵跨两种方式,跨采巷道受采动影响的程度主要取决于巷道位置、围岩性质及巷顶与煤层底板的垂直间距。在开采过程中,只有了解跨采巷道的变形破坏机理,合理布置巷道,因地制宜的采取有效的加固维护措施,才能够减少巷道变形量,满足矿井通风、运输和行人的要求。1跨采巷道变形破坏机理1.1 底板垂直应力传递规律 在工作面的推进过程中,随着上覆岩层自上而下的冒落、破断与沉降,工作面前方煤壁会形成超前支承压力,在采空区则会出现应力降低现象即卸压,在底板岩层中,也会相应的出现垂直应力的集中区和卸压区,它与支承应力的分布大体是相一致的。 煤壁下方应力集中等值线呈现出斜向煤壁前方的泡形传递状态,采空区下方则是斜向煤壁后方的泡形。当巷道位于采空区下方时,巷道处于卸压状态,主要受水平应力作用;当跨采巷道位于煤柱下方时,巷道位于应力集中区,垂直应力占主导地位。随着底板岩层深度的增加,应力集中系数和卸压程度减小,应力分布逐步缓和。1.2 跨采巷道变形破坏机理 在工作面的跨采过程中,跨采巷道的围岩应力平 衡状态被扰动,进而在跨采巷道某些部位产生了新的应力集中,底板巷道围岩处于二向围压状态,本身经受不住大的变形能量,因此,跨采巷道周边围岩的应力状态将再次调整,塑性区的范围进一步扩大,并产生更大的压力和流动,最终导致跨采巷道围岩的最外层破裂区范围不断扩大,产生更大的碎胀变形。 跨采巷道变形失稳主要是由剪胀变形作用导致的,破裂区范围内的围岩自身稳定性差,围岩和支护体系的相互作用决定了跨采巷道能否长期保持稳定以及受跨采影响的程度和范围。2跨采巷道围岩变形特点2.1 跨采方式不同 工作面开采时,横跨巷道存在围岩变形的相对稳定区,与横跨巷道相比,纵跨巷道围岩变形破坏严重,无相对稳定区,巷道的变形主要是顶底板的移近造成的,且变形量呈持续上升趋势。2.2 巷道位置不同 跨采巷道围岩变形与巷道所处位置密切相关。当巷道位于采空区下方时,巷道总体变形量较大,变形特征以两帮内移为主;当跨采巷道位于停采线下方时,巷道煤柱侧帮部及底板变形较大;当跨采巷道位于煤柱下方时,巷道变形强烈,变形特征呈全断面收缩,底鼓严重。随着与工作面垂距的加大,巷道的变形破坏程度减小。3跨采巷道的围岩稳定控制3.1 跨采巷道的位置优化 由于底板应力传播特性以及矿压显现的区域性, 4 7 12012年第6期

常见的围岩蚀变

夕卡岩化夕卡岩主要是由石榴子石(钙铝石榴子石-铁铝石榴子石)、辉石(透辉石-钙铁辉石)及其他一些钙、铁、镁的铝硅酸盐矿物所组成的岩石。主要产生在中酸性侵入体与碳酸盐类岩石的接触带或其附近,在中等深度条件下,经气水热液的高温交代作用形成的。在夕卡岩中常有一些含挥发份的矿物,如方柱石、萤石、斧石、电气石等,以及如绿泥石、石英及钙、铁、镁的碳酸盐等热液矿物,金属矿物则以磁铁矿、白钨矿、锡石、黄铁矿及铜、铅、锌的硫化物等为主。与夕卡岩有关的矿产主要有:钨、锡、钼、铁、铜、铅-锌等。 钾长石化为钾质交代的产物,包括微斜长石化、正长石化、透长石化和冰长石化。由于它们不易区别,且成分几乎完全相同故统称钾长石化。在与花岗岩有关的钨、锡、铍、铌、钽以及斑岩铜、钼矿床等的下部,经常发生有大规模的钾长石化带。低温热液的钾长石化,以冰长石化为主,多发生在中性、弱酸性火山岩中,也可在基性或酸性岩中发生,有时与青盘岩化有关。与其有关的矿产主要为火山岩系中的一些金属矿床。 钠长石化一种钠质交代作用。在与矿化有关的花岗岩中,钠长石化常发生在钾长石化之后,在钠长石化之后往往发育云英岩化。在这类交代蚀变花岗岩中,常发生铌、钽、铍、稀土等矿化。在一些铁、铜夕卡岩矿床中,在内接触带中,往往发育钠长石化。在青盘岩化岩石中,也常有钠长石化的产生。 云英岩化一种发生在花岗岩类岩石中的高温热液蚀变。在作用过程中,常有氟、硼、水等挥发组分和金属元素参加。云英岩化除产生主要特征矿物:石英和白云母,还可有锂云母、黄玉、电气石、萤石、绿柱石以及黑钨矿、锡石、辉钼矿等。云英岩化和钾长石化、钠长石化在成因上密切相关,因此在蚀变岩体中,常可见到它们的共生。根据云英岩的主要矿物含量,可划分为:富云母云英岩、富石英云英岩、黄玉云英岩、萤石云英岩与电气石云英岩等类别或岩带。云英岩化常与钨、锡、钼、铋、铌、钽、铍、锂等矿化有关。 绢云母化一种广泛的中-低温热液蚀变,在中性和酸性火成岩及板岩等富铝岩石中最 常见。单矿物的绢云母岩,一般少见。绢云母化常伴随有石英和黄铁矿的产生,因而可称为绢英岩化,若黄铁矿含量超过5%时,则称为黄铁绢英岩化。绢英岩化与云英岩化过程在本质上相同,只是后者形成温度较低,它们之间可存在着过渡关系,即云英-绢英岩化。在金、铜、铅、锌、钼和铋等以及萤石、红柱石、刚玉等矿床中都能见绢云母化现象。特别是斑岩型铜、钼矿床、黄铁矿型铜矿床和多金属矿床。 绿泥石化一种重要的中、低温蚀变作用。与绿泥石化有关的原岩主要是中性-基性的火成岩,部分酸性火成岩和泥质岩石也可产生绿泥石化。在围岩蚀变过程中,绿泥石主要由富含铁、镁的硅酸盐矿物经热液交代蚀变而成,也可由热液带来铁、镁组分与一般的铝硅酸盐矿物交代反应而形成。与成矿作用有关的绿泥石化,多与其他热液蚀变作用(如电气石化、绢云母化、硅化、碳酸盐化等)共生,很少单独出现,与其有关的矿产主要是铜、铅、锌、金、银、锡和黄铁矿等。 青盘岩化主要是安山岩、玄武岩、英安岩及部分流纹岩,受中、低温热液作用产生的,一般是在近地表条件下形成。青盘岩化产生的特征矿物为:绿帘石、绿泥石、钠长石和碳酸盐(方解石、白云石和铁白云石),可有少量的绢云母、黄铁矿和磁铁矿。与青盘岩化有关的矿床有:斑岩型铜、钼矿床,热液黄铁矿矿床,多金属矿床,金和金银矿床等。 泥化可进一步划分为深度泥化和中度泥化两类。深度泥化蚀变的特点是含有特征矿物地开石、高岭石、叶蜡石和石英,常伴有绢云母、明矾石、黄铁矿、电气石、黄玉、氟黄晶和非晶质的粘土矿物。是一种蚀变比较深的类型。当岩石中的铝被大量淋出,蚀变就过渡为硅化;随着绢云母含量的增加,则过渡为绢云母化。中度泥化岩石中,以高岭石和蒙脱石类矿物占优势。它们主要是斜长石的蚀变产物,通常呈带状,向外可过渡为青盘岩化,向内(矿脉方向)过渡为绢云母化。易受泥化的岩石主要为基性、中性、酸性火成岩,尤以火山岩最为发育。深度泥化常构成某些铜、铅、锌矿蚀变的内带。中度泥化分布较广泛,与金、银、

比率制动式差动保护

比率制动式差动保护 变压器差动保护 :这里讲的是差动保护的一种,即变压器比例制动式完全纵差保护(以下简 称差动); 二:差动保护的定义 由于在各种参考书中没有找到差动保护的具体定义,这里只根据自己所掌握的知识给差动保护下一个定义:当区内发生某些短路性故障的时候,在变压器各侧电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同,相位不同的短路电流,当这些短路电流的向量和即差流达到一定值时,跳开变压器各侧断路器的保护,就是变压器差动保护 :下面我以两圈变变压器为例,针对以上所述变压器差动保护的定义,对差动保护进行阐述:

1、图一所示:为一两圈变变压器,具体参数如下:主变高压侧电压U高=220KV,主变低压侧电压U低=110KV,变压器容量Sn=240000KVA, 11'流过变压器高压侧的一次电流; I ” :流过变压器低压侧的一次电流; 12'流过变压器高压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流; I2 ”:流过变压器低压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流; nh:高压侧电流互感器CT1变比; nl:低压侧电流互感器CT2变比; nB:变压器的变比; 各参数之间的关系:11'12 ' nh I”/12 ”= nl I2 ' I2 ” I1'/l”= nh/ n 1=1/ nB 2、区内:CT1到CT2的范围之内; 3、反映故障类型:高压侧内部相间短路故障,高压侧(中性点直接接地)

单相接地故障以及匝间、层间短路故障; 四:差动的特性 1、比率制动:如图二所示,为差动保护比率特性的曲线图: 动作电流lop 4 d Iopo 下面我们就以上图讲一下差动保护的比率特性: o:图二的坐标原点; f:差动保护的最小制动电流; d:差动保护的最小动作电流; P:比率制动斜线上的任一点; e: p点的纵坐标; b: p点的横坐标; 动作区:在of范围内,由于电流小于最小制动电流,因此在此范围内,只要电流大于最小动作电流Iopo,差动保护动作;当电流大于f点时, 由于 电流大于最小制动电流,此时保护开始进行比率制动运算,曲线抬 高,此时只有当电流在比率制动曲线以上时保护动作;因此,图中阴 影部分,即差动保护的动作区; 制动区:当电流在落在曲线以下而大于最小动作电流的时候,由于受比率制动系数的制约,保护部动作,这个区域就是差动保护的制动区;比率制动系数K:实际上比率制动系数,就是图二中斜线的斜率,因此我们只要计算岀此斜线的斜率,就等于算出了比率制动系数。以p点为例:计算出斜线pc的斜率K=pa/ac=(pb-ab)/(ob-of);举例说明一下: 差动保护有关定值整定如下:最小动作电流Iopo=2撮小制动电流Iopo=5,比率制动系数k=0.5;按照做差动保护比率制动系数的方法, 施加高压侧电流Il=6A,180度,低压侧电流I2=6A,0度,固定II升12,当12升到9.4A的时候保护动作,计算一下此时的比率制动系数。 由于两圈变差动的制动电流为(11+12) /2,因此,Izd=(9.4+6)/2=7.7, 所以K=(9.4-6-2)/(7.7-5)= 1.4/2.7=0.52; 2、谐波制动:当差动电流中的谐波含量达到一定值的时候,我们的装置就 f Ires, o 图二 b 制动电流Ires

比率制动差动保护

1比率制动差动保护特性 随着计算机技术在继电保护领域日益广泛的应用,比率制动特性的差动保护作为双圈及三圈变压器的主保护具有动作可靠,实时数据采集、计算、比较、判断等较为方便简单等优点,得到用户的认可。 所谓比率制动特性差动保护简单说就是使差动电流定值随制动电流的增大而成某一比率的提高。使制动电流在不平衡电流较大的外部故障时有制动作用。而在内部故障时,制动作用最小。 图1 图1中曲线1为差动回路的不平衡电流,它随着短路电流的增大而增大。根据差动回路接线方法的不同,在整定时,通过调整不平衡比例系数使得计算机在实时计算时的Ibp最小。 曲线2是无制动时差动保护的整定电流,它是按躲过最大不平衡电流Ibpmax来整定的。曲线3为变压器差动保护区内短路时的差电流,它随短路电流的增大而线性的增大。 曲线4为具有制动特性的差动继电器的差动保护特性。 在无制动时,曲线3与曲线2相交于B点,这时保护的不动作区为0B,即保护区内短路时的短路电流必须大于0B所代表的电流值时,保护才能动作。 在有制动时,曲线3与曲线4相交于A点,短路电流只要大于0A所代表的电流值,保护即能动作。OA <0B这说明在同样的保护区内短路状态下,有制动特性的差动保护比无制动特性的差动保护灵敏度要高。 在实际的变压器差动保护装置中,其比率制动特性如下图2所示: 图2中平行于横坐标的AB段称为无制动段,它是由启动电流和最小制动电流构成的,动作值不随制动电流变化而变化。我们希望制动电流小于变压器额定电流时无制动作用,通常选取制动电流等于被保护变压器高压侧的额定电流的二次值。即:lzd=le/nLH 图2中斜线的斜率为基波制动斜率,当区外故障时短路电流中含有大量生产非周期分量,制动Izdo增大,当动作电流Idzo大于启动电流时,制动电流和动作电流的交点D必落在制动区内。当区内故障时,差电流即动作电流为全部短路电流,制动电流则为流过非电源侧的短路电流,数值较小,平行于纵、横轴的二直线交点必落在动作区内,差动保护可靠动作。 2比率制动式差动保护的整定在比率制动式差动保护的整定计算时,通常按以下原则选取: 2.1 Icdsd即差动速断电流 当变压器空载投入或变压器外部故障切除后电压恢复时,励磁涌流高达额定电流的6? 8 倍,当差动保护电流互感器选择合适时,变压器外部短路流过差动回路的不平衡电流小于

差动保护的比率制动特性曲线及现场测试方法

差动保护是许多电气设备的必备保护,变压器的差动保护由于有变比误差和星角变换问题,相对其他电气设备的差动保护较为复杂,常规的变压器差动保护为了保证星角接线方式的变压器保护差流的平衡,一般将星侧的CT接角形,而将角侧的CT接成星形。而现代的微机变压器差动保护已开始采用将变压器两侧CT均接成星形进入装置,由装置内部软件完成星角转换。做常规变压器差动保护制动特性时,可用一个三相试验台通过调整角度输出两相电流,模拟区内或区外故障两侧CT的同名相的电流加入装置,分别做每相的制动特性。如何用一个三相试验台做微机变压器差动保护比率制动曲线呢?下面以 Y/△-11接线的两卷变压器为例进行说明。 假定变压器星侧二次电流为IH,角侧二次电流为IL。确定输入装置的CT电流极性为: 当一次电流流入变压器时,装置的感应电流都为正极性电流流入装置(如图1),这样在正常运行或区外故障时,星侧流入装置的电流与一次同向,角侧流入装置的电流与一次反向,但又由于星角变换而使一次星侧电流滞后角侧30度,所以最后流入装置的二次电流为星侧超前角侧150度,向量如图2,进入装置后,软件通过以下计算完成转角:

图2 图3 即星侧电流 通过以上转换之后,两侧电流大小未变,方向相反,但由于变压器变比和CT变比问题,进入装置的两侧电流大小不相等,所以还要加上平衡系数,最后计算差电流的算法为: 经过以上运算,可以得出,在区外故障和正常运行时,装置算得的差流为零。这就是国内微机变压器差动保护的算法。 由于星角变换由软件进行,所以在做单相比率制动特性时就不一样了。可以看到,如果在星侧加入A相电流I,而软件却计算出星侧: 这时,要做A相比率制动特性,首先要在角侧加入C相电流,方向与星侧所加A相电流相同,大小适当,平衡掉C相差流,否则C相总能使差动保护先动作。之后,在角侧A相加入与星侧A相方向相反的电流,调整电流大小,就可以作出差动保护的比率制动特性曲线。B相和C相做法与此相同。以此类推,也可以得出其他星角接线方式的变压器的微机差动保护比率制动特性曲线的做法。

深部矿井巷道围岩分区破裂实测研究

深部矿井巷道围岩分区破裂实测研究 姜 光1 ,朱守颂1 ,谷 满2 ,王松涛 2 (1 中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221008; 2 中平能化集团六矿,河南平顶山467000) [摘 要] 采用钻孔电视监测法对某矿3213工作面运输平巷进行现场定点定面多次监测,选取掘后10d 与掘后50d 观测结果进行对比分析,研究巷道围岩随时间影响在其内部的变形趋势,同时展开深部巷道围岩阶段性裂隙成型与围岩应力变化关系的分析研究,成果揭示了深部矿井开掘巷道围岩内在变形破坏机理,为此类巷道维护提供依据。 [关键词] 深部巷道;分区破裂;钻孔探视[中图分类号]TD313 1 [文献标识码]A [文章编号]1006 6225(2010)06 0083 03 Zonal D isintegration O bservation of Roadway 's Surrounding Rock in D eep M ine JI ANG Guang 1 ,Z HU Shou song 1 ,GU M an 2 ,WANG Song tao 2 (1.M i n i ng Engi n eeri ng Schoo,l C hina Un i versit y ofM i n i ng&Techno l ogy ,Xuzhou 221008,C h i na ; 2.S i xt h M i ne ,Zhongp i ng Energy Che m icalG roup ,P i ngd i ngs han 467000,Ch i na) Abstrac t :Bo reho le TV appli ed to mon it o ri ng road w ay sta t us i n 3213m i ning face and observati on result of 10d and 50d after driv i ng compared and ana l y zed ,the paper ana l y zed defor m ati on tendency o f surround i ng rock i nfl uenced by ti m e .R e lati onship o f stress var i a ti on and crack of deep roadway w as researched .The resu lt show ed inner fail ure m echan i s m of roadway surroundi ng ro ck dr i ven i n deep ,wh ich prov i ded re ference for roadway m aintenance . K ey word s :deep road w ay ;zona l d i s i nteg rati on ;bo reho le TV [收稿日期]2010-07-27 [基金项目]国家自然科学基金项目(50974118);教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET -09-0727);江苏省 青蓝工程 资助。 [作者简介]姜 光(1982-),男,河南平顶山人,硕士研究生,从事矿山压力与岩层控制方面的研究。 在矿井深部岩土工程中导致围岩呈分区、分阶段的形式破裂,其形成机制国内外学者做过大量研究。1986年俄罗斯学者E I She m yakin 等 [1-2] 率先 提出 间隔性的环带状碎裂现象 ,国内专家学者称之为 分层断裂 、 分区破裂 或 区域性断裂 、 间隔破裂 等;顾金才,顾雷雨等 [3] 认为 分层断裂应有较大的平行于深部开挖硐室轴线的水平地应力,同时硐壁要有较大的平整面或较大的曲率半径;贺永年,蒋斌松,韩立军等 [4] 采用能量 分析的方法对深部巷道围岩间隔断裂的形成机理进行了研究,并从围岩应力与物理力学性质方面阐述了间隔断裂的成因;李术才,王汉鹏,钱七虎等 [5] 通过钻孔电视研究淮南近千米深不同巷道后, 给出了巷道分区破裂分布图,并总结出破裂区半径与巷道半径r 的关系式为(2)i -1 r (i =1,2,3, 4);潘一山,李英杰,唐鑫等 [6] 在对金川与阜新 五龙等矿区现场监测基础上,通过天然岩石的实验室测验、相似模拟等手段,对分区碎裂现象进行了系统的研究,结合理论推导重新界定了巷道围岩分区碎裂发生的条件公式;钱七虎,李树忱 [7] 讨论 了国内外深部岩体分区破裂现象实验和理论的研究 进展,归纳分区破裂产生条件、变化规律的同时指出了接下来研究的5个方向,其中就有分区破裂现象下巷道围岩的支护稳定性研究。 分区破裂方向随着研究的不断深入,其形成机制与控制机理正逐步形成体系,但在深部矿井开挖巷道中对分区破裂发展发育的时间空间关系却研究较少。本文以某矿3213工作面运输平巷现场监测为基础,通过钻孔探测与理论分析,解析出深部开挖巷道围岩分区破裂的时间规律及其形成机理[8] , 为深部岩土工程的进一步深入研究提供参考。1 工程概况1 1 地质条件 某矿3213工作面运输平巷埋深700m 。煤层顶底板情况如表1所示。1 2 巷道断面及支护设计 3213工作面运输平巷设计为矩形断面,断面尺寸为5000mm !3000mm,采用锚杆(索)网梁支护,顶板锚杆规格为 22mm !M 24!2400mm 的左旋无纵筋螺纹钢,间排距800mm !800mm;锚索钢绞线规格为 17 8mm !6 8m,钻孔深度为6 5m,间排距为2200mm !1600mm 。 83 第15卷第6期(总第97期) 2010年12月煤 矿 开 采Coa lm i n i ng T echno l ogy V o1 15N o 6(Ser i es N o 97) D ece m ber 2010

围岩蚀变类型

围岩蚀变类型 常伴生的相关矿种 矽卡岩化 钨、锡、钼、铁、铜、铅-锌、硅灰石、透辉石等 云英岩化 钨、锡、钼、铋、铌、钽、铍、锂等 钾长石化 铌、钽、铍、锂、钨、锡、钼及稀土元素等 钠长石化 铌、钽、铍、稀土元素及钨、锡、金、铁、铜、磷、黄铁矿等 青盘岩化 铜、钼、铅、锌、金、银、黄铁矿等 绢云母化、绢英岩化 金、铜、铅、锌、钼、铋、萤石、红柱石、刚玉等 黄铁绢英岩化 金、铜、铅、锌、钼、铋、萤石、红柱石、刚玉等 绿泥石化 铜、铅、锌、金、银、锡、黄铁矿等 粘土(泥)化 金、银、铜、铅、锌、高岭土、叶腊石等 硅化 铜、钼、铅、锌、金、银、汞、锑、黄铁矿、明矾石、重晶石等 碳酸盐化 铜、铅、锌、汞、菱铁矿、菱镁矿及碱性岩中的铌、钽、锆、稀土元素 明矾石化 金、银多金属、明矾石、叶腊石、高岭土等。 蛇纹石化 超基性岩中的蛇纹岩、滑石、菱镁矿、石棉。接触带中的铁、铜、石棉 围岩蚀变 围岩蚀变是在热液成矿过程中,近矿围岩与热液发生化学反应而产生的一系列物质成分和构造、结构的变化。气化热液矿床中的普遍现象和重要特征,因其常与矿体伴生且其分布范围

一般比矿体分布范围广,因而是一种重要的找矿标志。围岩蚀变可产生在沉淀之前、同时或之后,其结果使得围岩的化学成分、成分以及结构、构造等均遭受到不同程度的改变,甚至面目全非。围岩蚀变的范围变化很大,有的在矿脉的两侧只有几厘米宽,有的围绕着矿体形成数十米宽的晕圈。许多蚀变晕圈呈现出矿物集合体的分带现象,这是由于热液在通过围岩时发生改变引起的。 目录 决定因素 1 常见类型夕卡岩化 1 钾长石化 1 钠长石化 1 云英岩化 1 绢云母化 1 绿泥石化 1 青盘岩化 1 泥化 1 硅化 找矿标志 研究意义 决定因素决定蚀变围岩的类型和蚀变作用强度的因素有:①围岩的性质,包括围岩的化学成分、矿物成分、粒度、物理状态(如是否受力破碎)、渗透性等;②热液的性质,包括热液的化学成分、浓度、pH、Eh、温度和压力条件,以及它们在热液作用过程中的变化。常见类型最常见的围岩蚀变有如下几类。 夕卡岩化 主要是由(钙铝石榴子石-铁铝石榴子石)、(透辉石-钙铁辉石)及其他一些钙、铁、镁的铝硅酸盐矿物所组成的岩石。它主要产生在中酸性侵入体与碳酸盐类岩石的接触带或其附近,在中等深度条件下,经气水热液的高温交代作用形成的。在夕卡岩中常有一些含挥发份的矿物,如、、斧石、等,以及如、及钙、铁、镁的碳酸盐等热液矿物,金属矿物则以、、、及铜、铅、锌的硫化物等为主。与夕卡岩有关的矿产主要有:钨、锡、钼、铁、铜、铅-锌等。 钾长石化 为钾质交代的产物,包括微斜长石化、正长石化、透长石化和冰长石化。由于它们不易区别,且成分几乎完全相同故统称钾长石化。在与花岗岩有关的钨、锡、铍、铌、钽以及斑岩铜、钼矿床等的下部,经常发生有大规模的钾长石化带。低温热液的钾长石化,以冰长石化为主,多发生在中性、弱酸性火山岩中,也可在基性或酸性岩中发生,有时与青盘岩化有关。与其有关的矿产主要为火山岩系中的一些金属矿床。 钠长石化 一种钠质交代作用。在与矿化有关的花岗岩中,钠长石化常发生在钾长石化之后,在钠长石化之后往往发育云英岩化。在这类交代蚀变花岗岩中,常发生铌、钽、铍、稀土等矿化。在一些铁、铜夕卡岩矿床中,在内接触带中,往往发育钠长石化。在青盘岩化岩石中,也常有钠长石化的产生。 云英岩化 酸性侵入岩受高温汽水热液交代蚀变而成。在作用过程中,常有氟、硼、水等挥发组分和金属元素参加。云英岩化除产生主要特征矿物:石英和白云母,还可有锂云母、黄玉、电

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