基于多重分形理论的岩体失稳破裂微震前兆信息识别

Microseismic monitoring technique has become one of the important technical means to forecast dynamic disaster in mine, but in microseismic monitoring data analysis and recognition of the research behind the mine site needs. Deep rock mass under complex stress state exhibited obvious nonlinear mechanics characteristics of rock mass fracture, microseismic signal identification and analysis of rock mass with inversion structural state, also must use the nonlinear theory is more consistent with the actual. .This project through a series of uniaxial and triaxial loading experiment of acoustic emission monitoring of surrounding rock and mine site microseismic activities of the experimental research, exploring the rock failure process of microseismic event activity rule; Establishing microseismic signal time -space- strong multi parameter distribution of multi-fractal theory model, analysis of microseismic signal frequency, space, the energy distribution of the generalized fractal dimension value change rule, realizes to the rock unstable failure of seismic precursory information identification and analysis, revealed in the process of mining induced rock mass stress accumulation damage evolution and on microseismic activity between the inner link, achieve the aim of forecasting unstable failure of rock mass by dynamic disaster in mine. Implementation of the project has important theoretical value and realistic significance for mine microseismic signal analysis and recognition, exploring the rock failure mechanism and prediction of deep mine power disaster.

微震监测技术已成为预测预报矿山动力灾害的重要技术手段之一，但在微震监测数据理论分析和识别方面的研究滞后于现场需要。深部岩体在复杂应力条件下表现出明显的非线性力学特征，对岩体破裂的微震信号进行识别和分析以反演岩体内部的结构状态，也必须使用非线性理论才更符合现场实际。. 本项目通过一系列岩石单轴及多轴加卸载声发射实验和矿山现场围岩微震活动监测等试验研究，探索岩体破坏过程中微震事件的活动规律；建立描述微震信号时-空-强多参数分布的多重分形理论模型，分析微震信号频度、空间、能量分布的广义多分维值的变化规律，实现对岩体失稳破裂微震前兆信息的识别和分析，揭示开采过程中应力积累诱发岩体内部损伤演化与岩体微震活动性之间的内在联系，达到对岩体失稳破坏引发的矿山动力灾害提前进行预测的目的。项目实施对矿山微震信号的识别和分析，探索岩体失稳破坏机理，预测深部矿山动力灾害有重要的理论价值和现实意义。

岩石破坏过程中会伴随着大最的AE/MS信号释放，监测这些信号对于了解岩石内部信息，反演岩体内部的结构状态，对于预测煤矿现场动力灾害有重要的价值。.本项目通过一系列岩石加载声发射实验、大块混凝土静态破裂AE实验、杆状和板状AE信号传播特性试验等，得到了岩体破坏过程中微震事件的活动规律，试样声发射活动一般随着载荷的增加而更加活跃，声发射率的最大值出现在临近峰值载荷时，声发射的空间分布规律一般是在加载初期主要集中在试样两端，然后随着载荷增加逐渐从两端向试样中心位置延伸，在试样中心处形成一个声发射事件很少的“空白区”；在加载的最后阶段，事件开始在试样中心出现，填充“空白区”，试样出现宏观裂纹而最终的破坏位置与“空白区”位置非常吻合。建立了描述微震信号时-空-强多参数分布的多重分形理论模型，分析微震信号频度、空间、能量分布的广义多分维值的变化规律，实现了对岩体失稳破裂微震前兆信息的识别和分析。进行了现场微震监测试验，建立了煤矿动力灾害微震监测系统，得到了微震活跃区域的与高应力集中区域的有较好的对应关系，在李雅庄矿深部工作面区段间留设20~30m的煤柱及周围震动较多，建议探索无煤柱或小煤柱掘巷方式布置工作面；工作面前方50m范围内平巷压力显现严重，微震分布较多，揭示了开采过程中应力积累诱发岩体内部损伤演化与岩体微震活动性之间的内在联系，达到了对岩体失稳破坏引发的矿山动力灾害提前进行预测的目的。