【摘 要】
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随着磷矿资源开采深度的增加,岩体所受地应力增大,井下岩爆灾害发生的频率与烈度也随之增加,严重影响地下工程进度与人员安全。在室内实验再现围岩受力特性时,大多对卸载面光滑平整的试件进行加载试验,这与实际工程中围岩卸载面的粗糙不平不相吻合,为探索实际工程中围岩壁面粗糙不平对围岩稳定性的影响,及卸载面粗糙对红外热像的影响,本研究借助热红外对表面粗糙的磷块岩进行加载监测,为实际工程进行岩爆灾害红外预警提供帮
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随着磷矿资源开采深度的增加,岩体所受地应力增大,井下岩爆灾害发生的频率与烈度也随之增加,严重影响地下工程进度与人员安全。在室内实验再现围岩受力特性时,大多对卸载面光滑平整的试件进行加载试验,这与实际工程中围岩卸载面的粗糙不平不相吻合,为探索实际工程中围岩壁面粗糙不平对围岩稳定性的影响,及卸载面粗糙对红外热像的影响,本研究借助热红外对表面粗糙的磷块岩进行加载监测,为实际工程进行岩爆灾害红外预警提供帮助。具体结论如下:(1)根据工程地质学对岩体断面起伏程度的分类,对井下岩爆频发区域断面粗糙情况定性划分为平直状、波浪状、锯齿状三类,采用伸长率R与相对起伏度Ra建立表面粗糙度系数JRC数学模型,结合Barton标准粗糙曲线,将[0,8]区间的JRC系数定为平直状,(8,16]区间的JRC系数定为波浪状,(16,20]区间的JRC系数定为锯齿状状,定量表征磷块岩表面粗糙度。(2)将加载作用下的磷块岩试件应力-应变过程分为压密阶段、弹性阶段、塑性阶段及峰后阶段。将应力-应变曲线按走势分为峰后突降型、峰后缓降型及多峰“锯齿”型3类。单轴压缩下磷块岩试件的破坏模式分为Ⅰ类型:剪切破坏模式和Ⅱ类型:张剪混合破坏模式。磷块岩表面粗糙度能在一定程度上反映磷块岩内部的节理程度与节理分布,表面粗糙程度越大,岩石内部存在节理相对越多,岩石峰值抗压强度越小,应力-应变曲线越容易发展为单峰缓降类型,岩石越容易发生张剪混合破坏。(3)磷块岩表面红外辐射发射率与岩石成分、环境温度、岩石自身温度和岩石应力状态有关。当环境温度与岩石本身温度相差过大,表面粗糙度越大,磷块岩表面红外辐射发射率差异性越大,红外热像图温度差别越明显;表面粗糙度越小,磷块岩表面红外辐射发射率差异性越小,红外热像图温度分布越均匀。当环境温度与岩石本身温度相差较小,磷块岩表面红外辐射情况取决于试件受力状态,试件越接近受力极限,红外热像对比越强,此时表面粗糙度对岩石红外辐射发射率影响微弱。(4)磷块岩破坏时呈现出的红外特征由破坏模式决定。红外热像特征划分为剪切破坏作用下的高温条带特征模式Ⅰ与张剪破坏作用下的低温条带特征模式Ⅱ。这是岩石受力状态改变引发内部气体逃逸效应、热弹效应、裂纹扩展效应及摩擦热效应等机制共同作用造成的。表面粗糙程度越大,磷块岩试件内部节理相对越多,试件强度相对越低,越容易发生张剪混合破坏,破坏瞬间红外热像越容易出现特征模式Ⅱ,表面粗糙程度越小,磷块岩试件内部节理相对越少,试件强度相对越高,越容易发生剪切破裂,破坏瞬间红外热像越容易出现特征模式Ⅰ。(5)建立磷块岩试件红外辐射温度-时间与应力-时间曲线图,发现应力曲线突降伴随着红外辐射温度的突变。表面粗糙程度越大,试件应力峰值越低,发生应力突降时,最低红外辐射温度发生突降;表面粗糙程度越小,试件峰值应力越高,发生应力突降时,最高红外辐射温度出现突升现象。可用温度异常值的出现作为判断岩石是否发生不稳定破裂的前兆点。
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