受載巖體破壞全過程聲波響應特征及工程意義

李江華，廉玉廣，馬志超

（1.煤炭科學技術研究院有限公司安全分院，北京 100013；2.煤炭科學研究總院煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013）

0 引 言

我國煤系地層地質條件復雜，由于受多期構造運動疊加影響，地層中形成斷層、陷落柱、斷裂破碎帶等地質構造，通常這些地質構造不但會破壞地層的完整性，弱化巖體的強度，還會產生較大的構造應力［1-2］。 同時，煤層采掘引起圍巖應力的重新分布，使圍巖產生變形、移動和破壞，不同開采程度、不同位置的圍巖，所受應力大小不一，礦井采掘過程中遇到這些構造極易造成煤與瓦斯突出、頂板冒落、突水等災害事故。

礦井災害的孕育和發展過程，伴隨著巖體應力的變化，將導致巖體內部會產生新的裂隙，而構造應力和采動應力的產生及變化是引起巖體發生破壞的直接原因，從而改變圍巖的聲學特征［3-5］。 趙明階等［6］建立了單軸加載下巖石等效裂紋模型，推導出巖石超聲波波速與衰減系數隨應力變化的關系；文獻［7-9］研究了巖石波速與損傷演化規律及巖石破壞波速變化的類型；文獻［10-12］采用聲波、聲發射一體化監測裝置研究了花崗巖、碳酸鹽巖破裂過程中聲波與聲發射的變化特征；宋麗莉等［13］通過在室內建立一套試驗測量系統，檢測了小應力擾動下巖石的彈性波速；梁天成等［14］對巖石損傷過程中的聲發射和超聲波波速進行了測量，用于判斷巖石的損傷狀態；劉向君等［15］在三軸和單軸加載過程中對低孔低滲砂巖的波速、幅度、頻譜特征進行了研究；……