[发明专利]一种露天矿边坡内采空区动力失稳破坏机理试验方法

说明书

本公开提供一种露天矿边坡内采空区动力失稳破坏机理试验方法，涉及露天矿采空区破坏机理研究领域，获取矿山现场参数，确定模型与现场的相似比；基于模型制作所需的相似材料及配比浇注模型，并在模型内预埋力传感器和模拟采空区牺牲件；处理养护后的模型，建立边坡并去除牺牲件得到采空区，布置声传感器，构建模型应变监测阵列和爆破炮孔；获取爆破时的声音数据、模型应力数据和模型形变数据并进行分析；通过构建相似模型试验体，对模型试验体进行爆破试验并获取采空区动力失稳破坏特征相关的声发射信号、应力数据、位移数据，监测爆炸应力波的动态扰动过程，满足露天矿山采空区动力失稳破坏机理的研究数据需求。

技术领域

本公开涉及露天矿采空区破坏机理研究领域，特别涉及一种露天矿边坡内采空区动力失稳破坏机理试验方法。

背景技术

采空区是指地下矿山矿石开采后留下的空间。在露天矿山的开采过程中，随着露天矿山台阶开采的不断剥离，开采境界内各台阶与盗采空区的安全厚度越来越薄，容易引起地表突然塌陷，造成人员伤亡和地面设备永久性损毁。工程实践表明，露天矿山上部台阶在爆破扰动的作用下，使下部岩体内部产生损伤，并且随着爆破扰动次数的增加损伤区域不断扩大，极易在下台阶采空区顶板形成应力集中区域，加之自身的蠕变效应诱发采空区顶板失稳破坏。

由于矿山现场尺度较大，难以通过完备的监测设备进行采空区可视化失稳破坏机理研究，大多采用室内大型相似模拟试验的手段反演实际工程的破坏过程。例如，发明专利“201210376520.3三向加载大型三维相似模拟试验系统”，通过三向静态加载模拟地下采矿过程中覆岩顶板的应力和位移演化过程，从而获得顶板的破坏机理；发明专利“201910147195.5基于相似模拟试验系统的覆岩关键层破断规律试验方法”，通过三向静载和定点动载的施力方式，进行了动静载荷叠加过程中地下采场顶板失稳破坏机理的研究。

研究地下采矿空间动力失稳破坏机理的相似模拟试验基本采用二维加载方式或者三维加载方式。同时采用定点施加动载荷(摆锤扰动等方法)，通过能量换算的方式模拟井下爆破的动力冲击过程，此方式虽然便于实验室操作，但与实际工况相差较大，不能体现出爆炸应力波的动态扰动过程。露天矿山较地下矿山具有很大的差异性，而露天矿山边坡内浅层采空区动力失稳破坏的主要原因之一正是来自爆炸应力波的动态扰动过程，因此，采用现有加载扰动方法采集的数据并不能满足露天矿山实际工程动力失稳破坏的研究需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种露天矿边坡内采空区动力失稳破坏机理试验方法，通过构建相似模型试验体，对模型试验体进行爆破试验并获取采空区动力失稳破坏特征相关的声发射信号、应力数据、位移数据，监测爆炸应力波的动态扰动过程，满足露天矿山采空区动力失稳破坏机理的研究数据需求。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：

一种露天矿边坡内采空区动力失稳破坏机理试验方法，包括以下步骤：

获取矿山现场参数，确定模型与现场的相似比；

基于模型制作所需的相似材料及配比浇注模型，并在模型内预埋力传感器和模拟采空区牺牲件；

处理养护后的模型，建立边坡并去除牺牲件得到采空区，布置声传感器，构建模型应变监测阵列和爆破炮孔；

获取爆破时的声波数据、模型应力数据和模型形变数据并进行分析。

进一步地，获取矿山现场岩石的力学参数、采场尺寸、预定爆破炸药量数据，依据相似定律确定相似比。

进一步地，所述相似比包括几何尺寸相似比、质量密度相似比、时间相似比、岩石强度相似比及炸药量相似比。

进一步地，浇注模型时，采用分层、多次加料浇注，预埋拉压受力传感器和牺牲件。

进一步地，分别在牺牲件对应采空区位置的顶板、帮部区域布置拉压受力传感器，每个区域内布置的多个拉压受力传感器依次等间隔布置。