Page 58 - 《应用声学》2020年第4期

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of the external load, it enters a slowly increasing stage, and which remains at this stage before the peak value. In
the distribution of the main frequency of AE signal, the precursory information of backfill fracture appears the
phenomenon of increasing the main frequency segment, which is represented by 1 ∼ 2 main frequency segments
in the initial loading stage and 3 ∼ 5 main frequency segments in the critical main fracture stage. With the
increase of concentration, the main frequency segment of AE signal is wider, and the surge response coefficient
of AE relative high frequency signal (160 ∼ 180 kHz) is decreasing. The above characteristics can provide a
basis for the stability monitoring and early predicting of different concentrations of cemented tailings backfill.
Keywords: Cemented tailings backfill; Concentrations; Acoustic emission; Main frequency; Precursor

填体受损产生的声发射信号不同 [13−14] 。因此，有
0 引言 必要对不同浓度的充填体力学特性与声发射特性

进行研究。有鉴于此，本文对灰砂比 1 : 4、质量浓度
尾砂胶结充填体常作为矿山地下开采的重要
分别为 68%、70%、72% 的 3 种尾砂胶结充填体进行
承载体，对维护矿山采场的稳定、预防大规模的
单轴压缩声发射试验，分析充填体破坏过程的声发
地压活动具有重要作用，而对其进行稳定性的监
射累计振铃计数、r 值、声发射信号主频及相对高频
测，也成为矿山的重点工作之一。声发射 (Acoustic
信号激增响应系数特征，探究不同浓度的充填体损
emission, AE) 作为无损监测的一种重要手段，可为
伤演化机制及破坏前兆声发射特征，为充填体稳定
尾砂胶结充填体的破坏失稳监测提供重要的判别
性声发射监测、预测提供理论依据。
依据。
有关于尾砂胶结充填体方面的研究，近几年，国
1 试验简介
内外学者主要集中在力学特性 [1] 、强度确定 [2] 、损
伤模型 [3] 及充填材料选择 [4] 等方面。随着声发射 1.1 试件制备
技术的发展，越来越多学者开始对充填体的声发射 尾砂骨料取自安徽某矿尾矿库，以 P.O42.5 硅
特性进行研究 [5−6] 。程爱平等 [7] 对灰砂比为 1 : 4 酸盐水泥为胶结材料，制备灰砂比为1 : 4、质量浓度
的胶结充填体进行单轴压缩声发射试验，研究了其 分别为 68%、70%、72% 的充填体试件。试件在模具
受压破坏过程的时空演化规律，进而对充填体破裂 中浇筑完成后进行脱模养护，在标准恒温、恒湿条件
进行预测。龚囱等 [8] 对灰砂比为 1 : 4 的胶结充填 下养护 14 天，得到 3 组浓度试件。其中，A1∼A3 浓
体进行单轴循环加卸载试验，研究了其加-卸载过程 度为68%；B1∼B3浓度为70%；C1∼C3浓度为72%；
中声发射b值特征及破裂响应特征。谢勇等 [9] 对灰 试件规格为70.7 mm × 70.7 mm × 70.7 mm。图1为

砂比 1 : 8 的胶结充填体进行单轴抗压声发射试验， 制备好的充填体试件。
研究充填体受压破坏过程中的声发射能率、b 值、能
率分形维数与时间的关系特征。孙光华等 [10] 对灰
砂比为 1 : 6 的充填体进行单轴抗压声发射试验，建
立了以声发射参数为损伤变量的损伤演化方程。这
些研究成果，增进了人们对充填体受压破坏过程声
发射特性的认识，同时建立了一定的损伤演化及失
稳预测判别模型 [11−12] ，但大都集中在配比、养护龄
期方面的研究，很少涉及对充填体浓度方面的研究。
实际充填采矿过程中，矿山地面充填站以一定
浓度的料浆输送至地下采空区，但在采空区里经常
出现料浆析水沉降现象，水的析出导致采空区上下
部分料浆浓度不同，浓度越高其胶结性能越好，相应 图 1 充填体试件
的充填体强度越高，从而也表现在不同浓度下的充 Fig. 1 Test pieces of backfill