三维模型内部位移测试装置及其应用

为了获取岩体内部变形信息,研制出牵引式多点位移测量装置,并将其应用于三维模型试验内部位移量测。在3 600×2 000×2 000 mm(长×宽×高)的大型三维模型中3个不同层位共布设9个内部位移测点,同时在对应位置设置表面位移测点,开展模拟开采过程模型位移规律研究。试验表明,模型内部位移呈缓和的台阶状变化,随着工作面推进台阶阶高逐渐降低,它与模型表面位移的台阶状变化相对应;岩层稳定后,处于相同层位的内部测点最终位移基本相同,3个层位的内部测点的最终位移值分别为54、35、25 mm,同一层位的表面位移也基本相同,最终位移值分别为58、41、30 mm,内部最终位移值比表面最终位移值小7%~15%;同一层位岩层内部变形、表面变形同步变化,与工作面上覆岩层垮落和来压规律一致。该位移测量装置测量数据可靠,读数精度可达0.07 mm/°,安装和操作方便,为三模型试验内部变形测试提供了新的研究手段。     

采场覆岩变形和来压判别的分布式光纤监测模型试验

为了研究煤矿工作面开采过程中,上覆岩层变形规律,将分布式光纤传感技术(BOTDA)应用于三维立体模型试验监测。制作了3 600 mm×2 000 mm×2 000 mm(长×宽×高)三维立体模型同时在模型内部预埋3根垂直光纤,模拟工作面的开采,工作面共开挖60次,累计推进2 400 mm,获得3根分布式光纤的180组布里渊(Brillouin)频移试验数据。提出了分布式光纤频移平均变化度的概念,采用光纤频移来表征采场上覆岩层变形垮落,判别工作面初次来压和周期来压情况;并将其测试结果和内部位移测试结果进行对比。结果表明,光纤频移平均变化度可以反映工作面上覆岩层变形、来压及其变化情况,该方法及其技术推广应用可以为上覆岩层变形信息化提供依据。     

赤泥基充填体力学和水化动力学研究

充填开采是资源绿色开采的重要方式之一，可有效控制地表沉降和保障人员安全。对不同赤泥掺量的充填体进行水化热和力学测试并分析其演化规律。其次，从微观尺度分析赤泥基充填体以解释强度变化的原因。最后，对最优配比的赤泥基充填体进行环境与经济效益分析。研究表明，赤泥基充填体的水化动力过程可分为结晶成核与晶体成长(NG)、相边界反应(I)和扩散(D)三阶段，水化度控制赤泥基充填体水化三阶段(NG-I-D)的进程。所有配比的赤泥基充填体均经历了NG-I-D阶段，相比于对照组，赤泥基充填体的α1较大，说明NG过程转变为I过程需要较大水化度，这与充填浆体的有效水灰比和成核作用有关。基于充填体强度指标，得出的优化配比是C-RM16。此外，赤泥基充填体的环境指标符合充填要求；同时经济效益分析表明，使用C- RM16配比的充填体可降低充填成本5.1~9.9元/m3，能实现可观的经济效益。