智能巖石力學(xué)小論文

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1、智能巖石力學(xué)基礎(chǔ)期末考察一．論述礦山安全高效開(kāi)采中密切關(guān)聯(lián)的智能監(jiān)測(cè)理論與技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)1.聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)自從美國(guó)于20世紀(jì)40年代研究出第一臺(tái)微振儀以后，于上世紀(jì)60年代后期發(fā)展成用于監(jiān)測(cè)地下微震活動(dòng)的聲發(fā)射儀器設(shè)備及技術(shù)辦法，并廣泛用于地下工程微震活動(dòng)的監(jiān)測(cè)和巖爆范圍的確定。井下沖擊地壓、大面積冒頂?shù)葎?dòng)力災(zāi)害的發(fā)生都有一個(gè)從量變到質(zhì)變的準(zhǔn)備過(guò)程，即巖石從微小破裂到破壞的過(guò)程，在此過(guò)程中巖石由于應(yīng)變能釋放會(huì)伴隨著應(yīng)力波的釋放，即產(chǎn)生聲發(fā)射(AE)現(xiàn)象。AE聲發(fā)射技術(shù)是用聲發(fā)射傳感器和專用設(shè)備等

2、檢測(cè)、分析聲發(fā)射信號(hào)和利用信號(hào)推斷聲發(fā)射源處巖石等材料破壞特征及發(fā)展趨勢(shì)的一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。巖體聲發(fā)射技術(shù)結(jié)合聲波檢測(cè)分析方法，對(duì)結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)、冒頂與地壓安全隱患預(yù)測(cè)，以及地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)十分有效。隨著微機(jī)的迅速發(fā)展和普及，特別是近年來(lái)巖石力學(xué)的進(jìn)展及學(xué)科交叉和滲透，聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用取得了很大突破，解決了其它方法不能解決的一些難題。聲發(fā)射技術(shù)今后需要進(jìn)一步研究和完善，特別是完美地與計(jì)算機(jī)軟件結(jié)合。2.光纖傳感技術(shù)光纖Bragg光柵(FBG)是20世紀(jì)90年代以來(lái)國(guó)際上新興的一種有著廣泛應(yīng)用前

3、景、性能優(yōu)良的反射濾波無(wú)源敏感元件。光纖光柵作為傳感器的一個(gè)重要的用途就是埋入復(fù)合材料或者結(jié)構(gòu)中來(lái)實(shí)現(xiàn)材料、結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)變分布的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，形成了光纖機(jī)敏材料與結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的電類傳感器相比，它滿足了礦山井下設(shè)備監(jiān)測(cè)的遠(yuǎn)距離、分布式和長(zhǎng)期性的技術(shù)要求。光纖光柵傳感器已用于巖石變形、相似模擬實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。其工作原理是，一束光注入光纖，滿足光纖布拉格條件就會(huì)產(chǎn)生有效的反射，反射光的峰值波長(zhǎng)稱為布拉格波長(zhǎng)，該反射光的中心波長(zhǎng)與光柵所受的軸向應(yīng)變和溫度呈線性關(guān)系，即:ΔλBλB=Kε+KTΔT式中：λB為光柵初始中

4、心波長(zhǎng);ΔλB為光纖光柵中心波長(zhǎng)的漂移量pm；ε和ΔT分別為光柵所受的應(yīng)變、溫度變化量;Kε，KT分別為光纖光柵的應(yīng)變、溫6智能巖石力學(xué)基礎(chǔ)期末考察度標(biāo)定系數(shù)。光纖光柵與基體材料之間的粘結(jié)材料和封裝方式影響到光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞：εg=εmα(k，L)式中：εm為基體材料應(yīng)變;εg光纖光柵傳感器軸向應(yīng)變;α(k，L)為光纖傳感器粘貼長(zhǎng)度應(yīng)變傳遞的系數(shù)。光纖傳感器與傳統(tǒng)的電類傳感器相比，其以體積小、重量輕、耐腐蝕、測(cè)量精度高、抗電磁干擾、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸及分布式測(cè)量等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在傳感領(lǐng)域獲得了很大

5、的發(fā)展。作為一種新型的無(wú)源傳感器件，光纖布拉格光柵(FBG)在采礦等工程領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)中將會(huì)得到更多應(yīng)用。3.紅外傳感探傷技術(shù)紅外探測(cè)波段在0.76～1000um之間。紅外線有以下特性:任何物體，只要其溫度高于絕對(duì)零度，就會(huì)向外輻射紅外線。物體溫度越高，輻射的紅外線越多，輻射能量越大；分子振動(dòng)和晶格振動(dòng)也會(huì)向外輻射紅外電磁波，并形成紅外輻射場(chǎng)；不同氣體對(duì)紅外光的吸收光譜有所差異，氣體的特征光譜吸收強(qiáng)度與該氣體的濃度相關(guān)。正是因?yàn)榫哂羞@些特點(diǎn)，紅外傳感技術(shù)被應(yīng)用在熱成像儀、紅外探測(cè)器、紅外氣體分析儀、紅

6、外探傷儀。煤礦滲水往往會(huì)導(dǎo)致礦井的塌方，將紅外探傷技術(shù)應(yīng)用于煤礦中對(duì)積水區(qū)域的探測(cè)，可以有效預(yù)防滲水。眾所周知，巖層或煤層不斷向外輻射紅外電磁波和輻射場(chǎng)。而紅外探測(cè)儀則可以根據(jù)輻射場(chǎng)的變化，確定隱伏目標(biāo)的性質(zhì)。對(duì)一條掘進(jìn)巷道而言，如果掘進(jìn)前方或巷道外圍存在采空區(qū)老空水或隱伏含水構(gòu)造，局部地段的介質(zhì)成分和密度發(fā)生變化會(huì)產(chǎn)生一個(gè)異常場(chǎng)，并迭加于正常場(chǎng)之上，使正常場(chǎng)發(fā)生畸變。由于紅外輻射場(chǎng)所占的空間總是大于實(shí)體，故可通過(guò)場(chǎng)的變換提前發(fā)現(xiàn)含水區(qū)或含水構(gòu)造。紅外技術(shù)具有精度和靈敏度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性和可

7、靠性好、準(zhǔn)確度不受被測(cè)氣體氣流速度的影響等優(yōu)點(diǎn)。4.地質(zhì)雷達(dá)地質(zhì)雷達(dá)（GroundPenetratingRadar簡(jiǎn)稱GPR），是通過(guò)發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，通過(guò)接收天線接收反射回地面的電磁波，6智能巖石力學(xué)基礎(chǔ)期末考察電磁波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)遇到存在電性差異的界面時(shí)發(fā)生反射，根據(jù)接收到電磁波的波形、振幅強(qiáng)度和時(shí)間的變化特征推斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度?！　±走_(dá)波的穿透能力大小是衡量雷達(dá)在礦井中應(yīng)用效果好壞的重要指標(biāo)，它取決于介質(zhì)的電磁波衰減系數(shù)，衰減系數(shù)越小，雷達(dá)波的穿透能

8、力越大。衰減系數(shù)隨著介質(zhì)電導(dǎo)率的增大而增大。煤礦井下介質(zhì)主要為低電導(dǎo)率的煤層、砂巖、頁(yè)巖、灰?guī)r，它們的衰減系數(shù)較小，雷達(dá)波在這些介質(zhì)中穿透能力較大。所以地質(zhì)雷達(dá)在煤礦井下應(yīng)用是可行的，尤其在探測(cè)斷層、巖層界面及溶洞位置等方面效果較好。地質(zhì)雷達(dá)具有輕巧便攜、操作方便、分辨率高、效果好且屬于無(wú)損傷探測(cè)，因此，在煤礦井下具有很好的應(yīng)用前景。5.微震監(jiān)測(cè)技術(shù)巖石在應(yīng)力作用下發(fā)生破壞，并產(chǎn)生微震和聲波。在采動(dòng)區(qū)頂板和底板內(nèi)布置多組檢波器并實(shí)時(shí)采集微震數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，采用震動(dòng)定位原理，可