巖巷巖體失穩(wěn)破壞的紅外和聲發(fā)射聯(lián)合監(jiān)測預警技術(shù)研究

楊 正 倉 紀 劉 一 舒 郭 衛(wèi) 劉 培 馬 松

（中建七局第一建筑有限公司，北京 102600）

礦井深部開采帶來了一系列災害問題，如巖爆、冒頂、地表沉陷、突水、煤與瓦斯突出等，這些都是由開采過程中的應力場擾動引起的微破裂產(chǎn)生、發(fā)展和貫通所導致的巖石失穩(wěn)破壞所致。文獻［1］指出，一些巖石工程，如巷道、硐室、隧道等通?？梢员缓喕癁橐粋€含圓孔巖石結(jié)構(gòu)進行力學分析。因此，開展含孔洞巖石破裂過程的特征研究，不僅對含孔洞巖石的破壞機理分析有著重要意義，而且可為巖巷工程災害預測提供一定的理論和試驗依據(jù)。

含孔洞巖石破裂過程中會產(chǎn)生多種物理效應，如應力、應變、溫度、聲發(fā)射、電磁輻射（包括紅外輻射）等物理信息的變化，通過多手段的聯(lián)合監(jiān)測和多物理信息的關(guān)聯(lián)與結(jié)合分析，有助于提高受力巖石災變前兆識別的可靠性，解決單一物理信息無法識別或無法準確識別的巖石受力災變前兆問題。基于該理念，近年來，一些學者開展了巖石加載的紅外和聲發(fā)射聯(lián)合監(jiān)測研究。吳立新等［2-3］研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)值試驗的非連續(xù)斷層聲發(fā)射場和實際試驗中所測得的紅外輻射溫度場的時序變化階段相似，分別對應彈性變形階段，損傷積累、弱化階段和斷裂滑移階段；交匯型組合斷層試件在雙軸加載過程中聲發(fā)射及紅外輻射存在不同的階段性變化特征。魏嘉磊［4］開展了含孔、直剪和雁列3種巖石加載模型試驗，分析了巖石加載過程中的紅外和聲發(fā)射多參數(shù)變化規(guī)律和前兆特征，發(fā)現(xiàn)3種巖石模型的聲發(fā)射前兆時間為85%～89%，紅外為96%～100%，并且聲發(fā)射都早于紅外；特征粗糙度、熵和方差在第3個階段出現(xiàn)加速上升現(xiàn)象，聲發(fā)射出現(xiàn)能量參數(shù)快速增加、事件轉(zhuǎn)為平靜、熵快速上升、b值快速下降現(xiàn)象，這些現(xiàn)象反映了巖石加載臨破裂階段的前兆特征。姜耀東等［5］、呂玉凱［6］研究發(fā)現(xiàn)，煤樣在失穩(wěn)破壞前紅外輻射和聲發(fā)射都存在前兆現(xiàn)象，平均溫度表現(xiàn)為突降，聲發(fā)射檢測參數(shù)（能量、幅度、振鈴計數(shù)）突增，相比而言，聲發(fā)射具有遍歷特性，可以較好地反映前兆信息。吳立新等［7］研究了煤巖受壓過程中的紅外和聲發(fā)射特征，從統(tǒng)計角度發(fā)現(xiàn)，屈服前兆的出現(xiàn)時間不同，聲發(fā)射為0.76σc，熱紅外為 0.81σc，聲發(fā)射早于熱紅外。張艷博等［8］開展了花崗巖巷道巖爆模擬試驗，發(fā)現(xiàn)巖爆發(fā)生前聲發(fā)射和紅外依次出現(xiàn)異常前兆特征，聲發(fā)射能量加速釋放可作為巖爆發(fā)生的早期預警信號，聲發(fā)射平靜期為巖爆中期預警與采取控制措施的關(guān)鍵時期，最低溫突降和最高溫突增可作為巖爆短臨預警信息，這些是巖爆發(fā)生的不同臨近前兆。趙毅鑫等［9］開展了“砂巖—煤”及“砂巖—煤—泥巖”兩類組合體的壓縮試驗，發(fā)現(xiàn)組合體失穩(wěn)破壞前兆的響應按時間先后順序排列為聲發(fā)射在前，熱紅外在后。

已往研究中，利用熱成像技術(shù)與聲發(fā)射技術(shù)對巖石受力災變過程的研究取得了豐富的成果，但是將兩種技術(shù)同時應用于巖石受力災變過程的監(jiān)測，尤其是含孔洞巖石破裂過程的監(jiān)測，進而對巖石破裂過程中的紅外輻射和聲發(fā)射信息進行綜合分析和前兆對比的研究涉及較少。本研究選擇含孔洞花崗巖開展紅外輻射和聲發(fā)射同步加載試驗，系統(tǒng)分析雙軸加載過程中巖石的紅外輻射溫度場時空演化特征和聲發(fā)射參數(shù)時序變化特征；重點分析紅外和聲發(fā)射多參數(shù)前兆的關(guān)系，為利用紅外和聲發(fā)射技術(shù)聯(lián)合監(jiān)測礦山深部地質(zhì)災害提供一定的依據(jù)。

1 試驗方案

1.1 巖石種類選擇及樣品制備

巷道、硐室、隧道等巖巷工程在應力作用下會發(fā)生損傷破壞，繼而產(chǎn)生地質(zhì)災害，巷道、硐室、隧道等通?？梢员缓喕癁橐粋€含圓孔巖石結(jié)構(gòu)進行力學分析，為此，本研究設計了含孔洞巖石破裂試驗。試驗巖石試件采用花崗巖，其主要成分是長石和石英。巖石試件尺寸為150 mm×150 mm×50 mm（長×寬×高）。角部切去，切去的三棱柱底面直邊長為25 mm。在試件中心鉆取圓孔，為模擬真實巷道相對巖體的尺寸，圓孔直徑不宜大于50 mm，本研究取20 mm。仔細打磨試件的側(cè)面和兩端面，以保證表面平行度滿足試驗要求。試件截面如圖1所示，中間空心大圓為圓孔，實心小圓為聲發(fā)射探頭。

1.2 實驗儀器

試驗用的壓力加載系統(tǒng)是RLW-3000型伺服試驗機（圖2），該型試驗機能夠進行雙軸加載，載荷測量精度為±1%。紅外輻射探測裝置采用美國SC3000型紅外熱像儀，波長為8～12 μm，熱像儀的溫度靈敏度為0.03 K，圖像分辨率為240×320，圖像最大采集速率可達50 fps。聲發(fā)射系統(tǒng)采用美國PAC公司生產(chǎn)的PCI-2聲發(fā)射測試分析系統(tǒng)，試驗采用2個通道采集數(shù)據(jù)，聲發(fā)射探頭使用R6α型，工作頻率為35～100 kHz，前置增益為40 dB，門檻值為45 dB。聲發(fā)射探頭布置在試件背面圓孔上下兩側(cè)（圖1）。相機使用德國AVT公司生產(chǎn)的一款型號為Pike F-421B的工業(yè)數(shù)字攝像機。分辨率為2 048×2 048像素，最大采集速率為15 fps。

1.3 試驗方法與步驟

試驗前，校對各臺設備的顯示時間。試驗時，先將水平載荷加載至100 kN保持恒定，然后以1.2 kN/s的等載荷速率進行垂向加載，直至試件破壞。試驗中共進行了3塊巖石試件的加載。

在巖石試件加載的同時，利用聲發(fā)射儀、紅外熱像儀和數(shù)字攝像機對受力巖石進行同步觀測。熱像儀與數(shù)字攝像機的圖像采集速率均為10 fps，加載現(xiàn)場如圖2所示。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 應力—應變曲線變化特征

含孔洞巖石試件變形破壞過程的應力—應變曲線如圖3所示。

由圖3可知：各個試件的應力—應變曲線類似，變形破壞過程中的應力—應變大致可以分為4個階段，即初始壓密（I）、彈性變形（II）、塑性變形（III）和峰后破壞階段（IV）。為了便于分析花崗巖試件的變形特征，以hk1試件（圖3（a））為例，對各階段的試件變形特征進行分析。

在階段I，巖石內(nèi)部的微裂隙逐漸被壓密，應力—應變曲線略微下凹。在階段II，巖石內(nèi)部空隙已被壓實和閉合，此時，試件表現(xiàn)為彈性體，隨著應力增加，應變等比例增加，應力—應變曲線呈線性變化。在階段III，包括裂紋穩(wěn)定擴展和失穩(wěn)擴展階段。這一階段應力處于較高水平，并呈現(xiàn)出上升速率減緩甚至下降的趨勢。這是因為隨著加載的進行，巖石內(nèi)的應力不斷增加，當接近其極限承載能力時，巖石內(nèi)部的微破裂發(fā)育增強，導致巖石出現(xiàn)宏觀永久變形。隨著應變繼續(xù)累積，微裂紋出現(xiàn)擴展、合并和貫通，從而導致宏觀裂紋產(chǎn)生。該階段，由于局部應力集中，在圓孔左右兩側(cè)的壓應力區(qū)出現(xiàn)碎屑崩落現(xiàn)象，在離孔稍遠的部位產(chǎn)生遠場裂紋，并且分布于最大剪應力方向。在階段IV，遠場裂紋發(fā)展迅速，并與圓孔兩側(cè)的剪切裂紋貫通，巖石強度急劇下降，很快就失去了承載能力，最后，巖石在峰值應力后很快產(chǎn)生破壞，持續(xù)時間不到3 s。

2.2 紅外輻射時空演化特征

2.2.1 含孔洞巖石加載過程的紅外熱像空間演化特征

為了減少試件各部分輻射率差異和環(huán)境輻射差異的影響，對加載過程中獲得的熱圖像進行差分處理，即將加載開始時的第一幅熱圖像作為背景，加載后的每幅熱圖像都與第一幅相減。試件hk3加載過程中的典型熱像序列（熱像時間為峰值應力占比）如圖4所示。

由圖4可知：含孔洞巖石在加載后期出現(xiàn)了溫度場分異特征和高溫條帶，高溫條帶在峰值應力前呈“V”字型，隨著加載的進行而逐漸發(fā)展為未來破裂位置。為了提取高溫條帶，以0.2～0.3 K為紅外溫度閾值，對85%σmax（峰值應力）之后的若干紅外熱像進行高溫點提取。試驗發(fā)現(xiàn)，0.23 K對3個試件的高溫點提取綜合效果最好。

2.2.2 含孔洞巖石加載過程的紅外輻射溫度場參數(shù)變化特征

為定量分析紅外輻射溫度場的演化，使用極差對其進行分析，計算了巖石加載過程中每幅熱圖像極差，并分別繪制了其隨應變的變化曲線，如圖5所示。分析圖5可知：3條曲線的形態(tài)相似，都可以分為3個階段，即低水平發(fā)展階段（階段I）、穩(wěn)定上升階段（階段II）和快速上升階段（階段III）。本研究以試件hk1為例對極差隨應變的變化曲線進行分析。

第I階段—低水平發(fā)展階段，對應于應力—應變曲線的初始壓密階段。由于應力比較小，巖石表面的溫度變化很小，溫度場分布均勻、沒有分異現(xiàn)象。第II階段—穩(wěn)定上升階段，對應于應力—應變曲線的彈性變形階段。隨著應力增加，由于巖石不同區(qū)域有不同的應力性質(zhì)，即壓性區(qū)和張性區(qū)。根據(jù)熱彈定律，圓孔左右為壓性區(qū)，溫度升高，圓孔上下為張性區(qū)，溫度下降，溫度場因而出現(xiàn)分異現(xiàn)象。第III階段—快速上升階段，對應于應力—應變曲線的塑性—峰后破壞階段。巖石處于高應力水平，熱像分異現(xiàn)象加劇，極差曲線上升速率加快。在該階段，極差發(fā)生多次突跳，這是因為圓孔周圍由于局部應力集中而發(fā)生破裂，出現(xiàn)高溫熱點，導致極差突然增加，但隨著局部應力的松弛，高溫熱點逐漸降溫，曲線回到原來水平。在試件徹底失穩(wěn)瞬間，由于大量應力集中而產(chǎn)生很多高溫點，極差發(fā)生了大幅度異常跳變。第III階段，典型突跳點（圖5（a）箭頭所指處）可作為巖石失穩(wěn)破壞的前兆。本研究對3條曲線的前兆點增幅進行了統(tǒng)計，結(jié)果見表1。

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由表1可知：不同試件前兆點的增幅和時間具有一定的離散性。增幅變化范圍為0.10～0.22 K，平均為0.16 K；峰值應力占比變化范圍為92.48%～99.82%，平均為95.72%。為了估算前兆出現(xiàn)時的應力，以所有試件極差前兆點增幅的近似最小值0.08作為閾值和前兆判據(jù)（后文的聲發(fā)射率和聲發(fā)射能率參數(shù)也是如此），此時應力強度可預估為92.48%峰值應力，可有效實現(xiàn)對含孔洞巖石破壞的預警。

2.3 聲發(fā)射時序參數(shù)變化特征

2.3.1 聲發(fā)射能率

聲 發(fā) 射能 率（Acoustic Emission Energy Rate，AEER）是指單位時間內(nèi)聲發(fā)射釋放的能量，是衡量聲發(fā)射活動強度的參數(shù)。本研究取單位時間為1 s，為提高應力—應變參數(shù)與紅外熱像參數(shù)的可比性，橫坐標取為各時間點所對應的應變，并且疊加應力—應變曲線，后文的聲發(fā)射率也進行了類似處理。試驗結(jié)果表明，各試件的聲發(fā)射能率曲線變化形態(tài)基本相同，都表現(xiàn)出4階段的變化特征。

試件hk1的聲發(fā)射能率隨應變的變化特征如圖6所示。

分析圖6可知：聲發(fā)射能率曲線可分為4個階段：升降期（I）、平靜期（II）、相對活躍期（III）和異常活躍期（IV）。在階段I升降期（初始壓密），從整條曲線來看，階段I產(chǎn)生的聲發(fā)射能量極小，表現(xiàn)為接近0的水平直線，但從放大圖上可以明顯看出聲發(fā)射能率曲線具有先升后降的變化特征。在階段II平靜期（彈性前期），由于沒有原生裂紋閉合且沒有新裂紋產(chǎn)生，所以不產(chǎn)生聲發(fā)射，聲發(fā)射能率處于平靜狀態(tài)。在階段III相對活躍期（彈性后期—塑性前期），前期由于礦物之間發(fā)生相對錯動、摩擦和分離，故產(chǎn)生一定的聲發(fā)射，該階段的聲發(fā)射能率相對于階段I已經(jīng)大幅增加。本階段后期（塑性前期），隨著應力增加，巖石發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生較多的聲發(fā)射。在階段IV異?；钴S期，大量礦物顆粒發(fā)生破碎、分離，裂紋不斷擴展、合并和貫通，并產(chǎn)生宏觀裂紋，聲發(fā)射能量出現(xiàn)加速釋放，是全程的最高潮部分。峰值應力以后，巖石很快失去承載能力，發(fā)生失穩(wěn)破壞，相應地，聲發(fā)射能量驟減到0?？梢?，巖石在臨破壞前聲發(fā)射能量出現(xiàn)了加速釋放現(xiàn)象，反映了巖石破裂失穩(wěn)前兆特征。

階段III中聲發(fā)射能率存在突跳點，并且明顯大于階段I和II。以其中典型的突跳點（圖6箭頭所指處）作為前兆點，對3個試件的聲發(fā)射能率前兆點幅值和時間進行了統(tǒng)計，結(jié)果見表2。

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由表2可知：不同試件前兆點的幅值和時間具有較大的離散性。幅值變化范圍為（1.05～3.45）×109aJ/s，平均為1.95×109aJ/s；峰值應力占比變化范圍為87.74～95.89%，平均為91.04%。以所有試件聲發(fā)射能率前兆點幅值的近似最小值即1.0×109作為閾值和前兆判據(jù)，此時應力強度可預估為87.74%峰值應力。

2.3.2 聲發(fā)射率

聲發(fā)射率（Acoustic Emission Rate，AER）是單位時間內(nèi)的聲發(fā)射振鈴計數(shù)，表征了聲發(fā)射活動的頻次特征，是能較好反映材料性能變化的特征參數(shù)之一［10］。試驗結(jié)果表明，各試件的聲發(fā)射率曲線變化形態(tài)基本相同，都表現(xiàn)出4個階段的變化特征。

試件hk1加載過程的聲發(fā)射率變化特征如圖7所示。

分析圖7可知：曲線可分為4個階段：升降期（I）、平靜期（II）、異?；钴S期（III）和相對活躍期（IV）。在階段I升降期（初始壓密），聲發(fā)射率變化趨勢與聲發(fā)射能率相同，為先升后降，升降的原因也相同。在階段II平靜期（彈性前期），聲發(fā)射率處于接近0的水平直線，該階段幾乎不產(chǎn)生聲發(fā)射。在階段III異?；钴S期（彈性后期—塑性前期），聲發(fā)射率打破階段II的平靜，出現(xiàn)聲發(fā)射活動增加和異?；钴S現(xiàn)象。前期由于礦物之間的作用并不劇烈，所以聲發(fā)射率增加較小。本階段后期（塑性前期），在各種塑性變形機制作用下產(chǎn)生大量聲發(fā)射事件，并且作用劇烈，聲發(fā)射率出現(xiàn)大幅度劇烈跳變，是全程的最高潮部分。在階段IV相對活躍期，大量礦物顆粒發(fā)生破碎、分離，裂紋出現(xiàn)擴展、合并和貫通，產(chǎn)生宏觀裂紋，聲發(fā)射能量很高，但事件數(shù)并不是最高，從整條曲線來看處于中等水平。峰值應力以后，巖石很快失去承載能力，發(fā)生失穩(wěn)破壞，相應地，聲發(fā)射事件驟減到0。巖石破壞前，聲發(fā)射率存在異常前兆，表現(xiàn)為第III階段的大幅度跳變。

階段III中聲發(fā)射率打破階段II的平靜，開始出現(xiàn)增長和突跳點。以其中典型的突跳點（圖7箭頭所指處）作為前兆點，對3個試件的聲發(fā)射率進行了統(tǒng)計，結(jié)果見表3。

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由表3可知：不同試件前兆點的幅值和時間具有一定的離散性。幅值變化范圍為（2.61～3.90）×104s-1，平均為3.07×104s-1；峰值應力占比變化范圍為73.41～75.04%，平均為74.31%。以所有試件聲發(fā)射率前兆點幅值的近似最小值即2.5×104作為閾值和前兆判據(jù)，此時應力強度可預估為73.41%峰值應力。

2.4 紅外輻射與聲發(fā)射多參數(shù)前兆對比

結(jié)合表1、2、3，對紅外和聲發(fā)射兩類參數(shù)前兆點進行了統(tǒng)計，結(jié)果見表4。

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分析表4可知：對于3個試件，聲發(fā)射頻次參數(shù)、強度參數(shù)和紅外熱像參數(shù)的前兆點依次出現(xiàn)，具有遞進性，平均時間分別為74.31%、91.04%和95.71%，分別反映了3種參數(shù)對于巖石失穩(wěn)破壞的不同臨近前兆現(xiàn)象。總體來說，聲發(fā)射和紅外前兆具有遞進性，聲發(fā)射參數(shù)前兆時間早于熱像，兩者的分界線為92%～95%。

3 巖巷巖體失穩(wěn)破壞的紅外和聲發(fā)射聯(lián)合監(jiān)測預警技術(shù)

結(jié)合表4，根據(jù)對紅外極差參數(shù)和聲發(fā)射能率與聲發(fā)射率前兆點的對比分析，發(fā)現(xiàn)紅外和聲發(fā)射具有兩重關(guān)系：在巖石加載后期，兩者存在巖石破裂的異常前兆，前兆具有遞進性，聲發(fā)射前兆早于紅外。巖巷巖體失穩(wěn)破壞是實際存在的礦山災害，實驗室開展的含孔洞巖石的受力破壞試驗是對它的一個簡化近似模擬，為其研究提供有益參考。在利用紅外和聲發(fā)射技術(shù)手段進行巖石破壞的聯(lián)合監(jiān)測與前兆識別方面，魏嘉磊［4］、張艷博等［11］和 XIAO等［12］開展了卓有成效的研究，為本研究巖巷巖體失穩(wěn)破壞監(jiān)測預警方法研究提供了有益借鑒。

紅外和聲發(fā)射兩種技術(shù)手段監(jiān)測巖巷巖體變形破壞具有不同的特點。熱像儀獲得的是巖體表面的紅外輻射溫度，能夠反映巖體表面不同區(qū)域的溫度分布情況以及同一區(qū)域不同時刻的溫度演化情況，對能量聚集、耗散和外界做功的響應敏感，紅外熱像能清晰地反映巖體監(jiān)測區(qū)由變形、破裂導致的能量轉(zhuǎn)移及其路徑［9］。聲發(fā)射儀獲得的是巖石內(nèi)部局部變形釋放的應力波信號，其攜帶了波源（幅值、強度、頻率）、巖體（衰減特性、聲波傳播速度）及其應力狀態(tài)等信息。根據(jù)聲發(fā)射信號特征可以判別巖體的微破裂起始、損傷演化和最終失穩(wěn)破壞［13］。兩種技術(shù)手段監(jiān)測巖巷巖體具有一定的重疊性、互補性和局限性，其中重疊性和局限性廣為人知，在此不做贅述，本研究重點對兩種技術(shù)的互補性進行分析，結(jié)果見表5。

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由表5可知：紅外相對于聲發(fā)射的優(yōu)勢體現(xiàn)在非接觸性和抗干擾性強，而聲發(fā)射較紅外的優(yōu)勢體現(xiàn)在監(jiān)測的整體性、時效性、幾何形態(tài)敏感性、階段性變化特征和背景輻射影響。將兩種技術(shù)聯(lián)合應用，有助于實現(xiàn)兩者優(yōu)勢互補，更加全面了解巖石所處的應力狀態(tài)和變形損傷階段，提高巖石破裂前兆識別的可靠性，解決單一信息無法準確識別巖石破壞前兆的問題。

本研究基于含孔洞巖石加載過程的紅外和聲發(fā)射聯(lián)合監(jiān)測試驗，獲取了巖石變形破裂各階段的紅外和聲發(fā)射演化特征和前兆特征，并給出了實用性的前兆識別方法。試驗中的加載試件為巖石，實際巖巷工程的監(jiān)測對象則是具有結(jié)構(gòu)面的巖體，結(jié)合試驗流程和張艷博等［11］給出的巖爆破壞物理場多參數(shù)預警方法，本研究提出了一種利用熱成像技術(shù)和聲發(fā)射技術(shù)對巖巷巖體失穩(wěn)破壞過程進行聯(lián)合監(jiān)測與預警的技術(shù)方法，流程如圖8所示。

圖8中技術(shù)流程主要分為如下4個環(huán)節(jié)：

（1）現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)據(jù)獲取。首先對巖巷巖體工程現(xiàn)場進行勘查，確定巖體的地質(zhì)年代，取樣并測定其物理力學性質(zhì)，選定適于監(jiān)測的區(qū)域。安置熱像儀并觀測監(jiān)測區(qū)巖體表面的紅外輻射溫度，布設若干聲發(fā)射探頭監(jiān)測其聲發(fā)射信號，布設應力計和應變計并測量其應力和應變，獲取監(jiān)測區(qū)巖體的紅外熱像、聲發(fā)射、應力和應變等數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)處理。根據(jù)應力計和應變計的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時計算應力—應變曲線和應變率—時間（或應變）曲線，初步判斷監(jiān)測區(qū)巖體所處的應力狀態(tài)和階段。跟據(jù)采集的聲發(fā)射數(shù)據(jù)，實時計算各聲發(fā)射參數(shù)（聲發(fā)射能率和聲發(fā)射率）隨時間（或應變）的變化曲線。對紅外熱像數(shù)據(jù)進行初始差分，獲取監(jiān)測區(qū)巖體表面的紅外熱像序列，并計算熱像參數(shù)（極差）隨時間（或應變）的變化曲線。對計算的聲發(fā)射參數(shù)、紅外熱像序列和熱像極差參數(shù)，結(jié)合應力—應變曲線，核算監(jiān)測區(qū)巖體所處的應力狀態(tài)和階段。

（3）閾值設定與判斷。結(jié)合試驗結(jié)果和監(jiān)測區(qū)巖體實際地質(zhì)條件，為聲發(fā)射參數(shù)、熱像序列和紅外熱像參數(shù)設定合適的閾值，并對熱像序列和各監(jiān)測參數(shù)進行判斷。

（4）前兆識別與聯(lián)合預警。根據(jù)環(huán)節(jié)（3）的分析結(jié)果，識別聲發(fā)射和紅外各種前兆信息。利用聲發(fā)射參數(shù)進行巖體失穩(wěn)破壞的早中期預警，隨著變形破裂的演化，利用熱像序列提取監(jiān)測區(qū)巖體的高溫條帶和破裂空間位置，結(jié)合熱像參數(shù)進行短臨預警，實現(xiàn)紅外和聲發(fā)射技術(shù)對巷道巖體失穩(wěn)破壞的聯(lián)合監(jiān)測與預警。

進一步分析圖8可知：通過聲發(fā)射和紅外兩種技術(shù)手段進行聯(lián)合監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)巖巷失穩(wěn)破壞不同臨近前兆的識別與捕捉，提高前兆識別的準確性和可靠性；兩者的有機結(jié)合可從時間、空間和強度三方面實現(xiàn)對巖巷失穩(wěn)破壞的監(jiān)測預警。但是，由于實際巖巷工程監(jiān)測流程較圖8復雜，需要結(jié)合現(xiàn)場實際條件（地質(zhì)條件、應力條件、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體物理力學性質(zhì)等）確定巖體監(jiān)測區(qū)，選取合理的閾值和相關(guān)監(jiān)測參數(shù)，并對圖8所示流程進行進一步優(yōu)化。

4 結(jié)語

通過開展含孔巖石受力的紅外輻射和聲發(fā)射聯(lián)合監(jiān)測試驗，將紅外輻射和聲發(fā)射兩種數(shù)據(jù)進行分析，從階段性、前兆性和幅值特性等方面進行了對比和關(guān)聯(lián)，討論了紅外和聲發(fā)射兩種技術(shù)監(jiān)測巖巷巖體變形破壞的特點和適用性，在此基礎上，分析了巖巷巖體失穩(wěn)破壞的紅外和聲發(fā)射聯(lián)合監(jiān)測與預警技術(shù)流程。由于巖巷現(xiàn)場的紅外輻射和聲發(fā)射監(jiān)測結(jié)果受到開采擾動、熱量流動、噪聲污染等復雜條件的影響，使得監(jiān)測效果難以符合預期，因而在具體實踐中有必要結(jié)合現(xiàn)場實際條件合理確定相關(guān)參數(shù)，并不斷優(yōu)化監(jiān)測技術(shù)流程，提高監(jiān)測預警效果。