矿业工程论文_基于光纤感测的采动覆岩变形演化(2)

    5.6.3 基于FBG检测的超前支承压力分布

    5.6.4 基于BOTDA检测的超前支承压力分布

    5.6.5 采动覆岩变形BOTDA监测结果分析

5.7 基于光纤-岩体耦合性分析的顶板来压与覆岩垂直分带表征

    5.7.1 浅埋煤层开采光纤-岩体耦合关系模型

    5.7.2 基于耦合系数修正的顶板来压特征ASI分析

    5.7.3 基于BOTDA感测的覆岩垂直分带表征

5.8 本章小结

6 本文研究矿区矿压监测数据综合对比分析

6.1 引言

6.2 大柳塔矿52304工作面矿压观测方案

6.3 大柳塔矿52304工作面矿压观测结果

6.4 枣泉煤矿 120210 工作面矿压观测

6.5 本章小结

7 结论

7.1 主要结论

7.2 创新点

7.3 展望

致谢

参考文献

附录

攻读博士期间发表论文

攻读博士期间获取专利

攻读博士期间参加学术会议

攻读博士期间参加项目

文章摘要:地下开采活动引起的地层运移破坏是典型的“黑箱”问题,工程现场难以掌握完整覆岩结构特征。覆岩垂直分带划分、导水裂隙带发育高度预测、覆岩关键层位置判别、超前支承压力监测等依旧是采矿工程领域主要研究问题,是实现矿井安全高效开采的重要保障。因此,推动采动岩体变形监测技术发展在采矿领域具有重要研究价值。无论工程现场岩体变形监测或实验室模型试验研究,研究采动引起的岩体变形演化规律的重点落在科学准确地获取岩体内部各种变形参量信息。随着光纤传感技术的飞速发展,为采动岩体结构变形监测提供了新的方法。光纤传感技术应用于采动岩体变形监测尚存在诸多亟待解决的问题,如何通过光纤传感技术科学有效地获取采动覆岩内部变形信息及应力演化规律成为该领域当前研究的重点。本文基于此,通过理论分析、等强度梁标定试验、ANSYS数值模拟、岩样试件单轴压缩试验、大倾角煤层开采物理相似模型试验、浅埋厚煤层开采相似模型试验、FLAC数值计算、研究矿区矿压数据分析等研究方法,分别对光纤感测基础理论及岩体变形监测应用两部分内容展开研究。针对以往研究中对光纤与采动覆岩在不同开采阶段耦合作用关系分析不足的问题,提出传感光纤与采动岩体的耦合关系量化指标“光纤-岩体耦合系数”,分别探讨在纵向覆岩层位高度及横向工作面推进位置两个维度变量时空演化过程对耦合系数的影响,通过耦合系数对定义的工作面来压判别参量“平均应变增量”进行修正;通过耦合系数对采动引起的覆岩垂直分带区进行合理划分。在以往研究基础上,首次通过分布式光纤传感监测数据判别上覆岩层中关键层位置分布,判别结果与通过传统经典关键层理论计算位置一致性较好。论文主要创新点包括:（1）提出采动岩体与分布式光纤的耦合性量化指标:岩体-光纤耦合系数,对光纤-岩体耦合关系进行量化分析,探讨不同垂直分带区对应耦合系数分布特征,基于此提出与光纤接触的五种不同垂直分带区岩体结构。分析了光纤-岩体耦合作用关系及界面力学行为,以此判断光纤与岩体的接触关系。（2）提出平均应变增量（ASI）统计分析方法,并通过光纤-岩体耦合系数进行修正,反应顶板运动剧烈程度用以表征工作面来压位置与来压强度。通过统计学t假设检验法对顶板岩体活动是否为应变增量突变的本质影响因素进行验证分析。（3）建立光纤感测应变曲线形态、裂隙带发育高度与关键层活动的内在联系实现光纤感测表征覆岩垂直分带特征;基于分析目前主要关键层判别方法、关键层失稳破断方式及光纤传感识别关键层内在机理,提出光纤感测采动覆岩关键层判定参量（CSI）,并通过试验监测数据及传统判定方法对其有效性进行验证。建立基于光纤传感技术感测的采动上覆岩层移动变形及结构演化表征体系,具有较高的学术价值与研究意义。结合光纤传感测温、测湿等相关技术,将采矿引起的地层移动变形“黑箱问题”透明化,为实现矿井智能化开采提供相关数据信息,对于推动光纤传感技术在矿业工程领域发展具有重要意义。

文章关键词:

论文作者:杜文刚 杜文刚 

作者单位:杜文刚 

论文DOI:10.27397/d.cnki.gxaku.2020.001104

论文分类号:TD325

文章来源：《传感技术学报》 网址: http://www.cgjsxb.cn/qikandaodu/2022/0307/621.html