1引言
巖體從穩定到破壞的變化發展階段會發出不同的聲發射信號，巖體聲發射信號波形在一定程度上反映了巖體結構特征及其破壞過程，根據波形特征可對巖石(或結構)的檢測結果進行穩定安全評價。聲發射監測的目的在于發現巖體和得到有關巖體周圍盡可能多的信息，通過對監測到的聲發射信號波形分析，可以得到巖(石)內部聲發射源的大量信息。找出聲發射源的位置、了解它的性質、判斷它的危險性，能很好地跟蹤巖土安全動態變化過程，為安全生產提供預報信息，減少損失，也為采場的安全管理提供一種科學簡便的新方法。
1聲發射信號波形的采集
1．1 室內巖石聲發射信號波形測試系統
試驗時選取白銀公司某礦節理裂隙少、未風化的巖石石英角斑凝灰巖樣，將其加工成4個西50 mm×100 mm的圓柱體，放在MTS剛性材料試驗機上試驗，如圖1所示。
試驗時保持加載過程與聲發射監測同步。對加載系統采用軸向變形位移控制加載，變形速率為10～6 m／s，加載過程中用DYF一1型智能聲發射儀監測聲發射參數。監測過程中，聲發射儀能自動將監測數據及時保存在特制的“RAM盤”中并通過計算機的輸出接口將儀器中保存的數據資料傳輸給計算機，以便進一步處理、統計數據。試驗研究的目的在于確定巖石變形破裂過程中聲發射信號波形的特征規律和變化趨勢。
1．2 室內測試巖石聲發射信號波形
試驗巖石聲發射信號波形較多，部分巖樣聲發射原始波形如圖2所示。
1．3現場監測巖體聲發射信號波形
某礦主體采礦方法為機械化上向巷道式尾砂膠結充填法。中段高度為60 m，采場一般沿走向布置，長為100m150 rn。礦石包括塊礦和浸染礦2種類型。采場礦巖節理、斷層發育，塊礦較穩固，但凝灰巖、浸染礦及其與塊礦接觸帶巖性較差，開采過程中地壓顯現十分復雜，采場冒頂片幫事件頻繁。尤其是在穿脈與進路的岔口和浸染狀礦體內斷層處更為明顯。采場失穩主要受結構面及節理控制，針對該情況，筆者應用巖體聲發射監測技術，對該礦部分采場實施冒頂片幫監測預報。
巖體聲發射活動信息的采集是通過AE傳感器實現的，采場內共布置3個傳感器，1620分層750巷道式采場測試方案及測點布置如圖3所示。
圖3中，在靠近3條進路工作面各布置1個監測探頭，由于礦巖分布的差異，1#測點布設在塊礦中，而2#、3#測點分別布置于浸染礦和凝灰巖中。采場E3進路監測期間抽樣的巖體聲發射波形如圖4所示。
2噪聲信號的數據采集
在現場監測過程中，存盤記錄數據文件共計77組，其中包括一些噪聲信號�，F場監測接收到的噪聲波形主要有：電火花源噪聲波形、爆破噪聲波形和鑿巖噪聲波形，如圖5所示。
3聲發射信號波形分析
3．1 室內聲發射波形分析
室內巖石試驗聲發射信號波形較多，這里只分析巖樣抽樣的聲發射信號波形。聲發射信號是直接反映巖體自身變化的動力學參數，為檢測巖體的穩定性提供客觀標準。不同類型的巖石，隨著應力的增加破壞程度加劇，體積膨脹增大加速，聲發射不連續現象明顯增大，臨近破壞時聲發射頻度達到最大值，大振幅的聲發射信號明顯增多。
一個聲發射信號通常由若干個不同類型的波組成，圖2說明了在不同的破壞階段，聲發射信號的波形是不同的：由于巖體的不均勻性和各向異性，不同類型的波在介質中具有不同的速度，隨著傳播距離的增加，其波陣面就會分離，由于受到巖石界面的多次反射和折射，也會產生更多的波成分，所以接收和放大以后得到的聲發射信號通常是一種復雜化了的波形。圖2也表明，在不同的測試階段，聲發射信號的最大幅值發生變化，幅值包絡圖呈現不同形狀，包絡圖前沿有緩陡差異；波形形成時間的延遲不同，在時間軸上波形展開長度也不同；聲發射事件的持續時間在0．15～10 ms之間，信號最大振幅(峰一峰值)變化的范圍很大，可以從幾毫伏到10 V，振幅變動為10～20倍，信號的間隔時間一般在幾百毫秒以上。隨著應力的增加，主頻帶有向較高頻率移動的趨勢，波形隨時間軸展開逐漸變長，隨著信號傳播距離的增加，幅值降低，這種信號越多，說明巖石越接近破裂。
3．2現場聲發射波形分析
從圖2和圖4可看出，監測期間抽樣聲發射信號波形規律與室內聲發射波形規律一致，巖體受力破壞過程是一個能量累積過程，也是聲發射事件經歷活躍期、沉寂期、復活期的過程。圖4(b)中很清晰地顯示出穩態巖體的聲發射是一種比較平穩的隨機信號，說明該狀態巖體內部暫時沒有新的損傷擴展，巖體承受的壓力還沒有超過巖石的極限承載力，此時聲發射主頻較低，這也與聲發射參數統計結果相符，這種信息可以作為巖體穩態的信號特征；圖4(c)說明巖體處于發展變化階段，波形從圖4(b)到圖4(c)幅值逐漸增加，波形在時間軸相對延遲；圖4(d)隨著時間軸伸展，波形幅值逐漸增大到最大后降低，這說明巖體處于危險階段，這時就不能麻痹大意，很多事故發生在這一階段，應引起注意。
3．3現場噪音信號波形分析
從圖5可看出噪聲波形幅值突然增加，然后很快降低平靜下來，能量的衰減較快，現場測試的不同噪聲信號波形隨時間軸延遲相差不大，噪聲信號的不一致性在2個相鄰的層按照倍率關系遞減。
現場聲發射信號波形顯示出巖體的發展經歷了危險階段——穩定階段——破裂階段——危險階段——穩定階段的循環往復，同時波形也揭示了在現場監測過程中存在的環境噪聲信號使真正的巖體聲發射信號波形變得較為復雜。
4結語
聲發射波形分析能夠很好地顯示：(1)巖石從穩定階段到破裂階段所產生的聲發射信號的最大幅值從低到高、包絡圖由緩變陡、持續時間有短及長；應力逐漸達到或超過破壞強度時，巖體釋放較多能量，這時巖體開始出現大的和不連續的裂縫。(2)聲發射活動較弱時頻率越靠近低頻，聲發射活動顯著時頻率越靠近高頻；隨著信號傳播距離的增加，振幅降低。(3)巖石破裂過程中的狀態不同，聲發射的主頻不斷發生變化，聲發射事件波形隨之波動，波形特征逐一表現出來，信號表現的高頻的噪聲信息和信號表現出來的低頻聲發射信號也一一顯示出來。
總之，通過對室內和現場的波形分析表明，波形分析方法是一種完全基于時域的分析方法，信號在時域某個時刻發生的變化，會引起巖體內部微結構的變化，巖體內部微結構的變化更能反映出巖體破裂過程變形的特征規律。從聲發射信號得出巖石變形破裂過程中的特征規律，可以有效預測預報巖石的穩定狀態和發展趨勢，使工程實踐更具可靠性。
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