矿山围岩变形与破坏光纤感测理论技术及应用

矿山围岩应力与结构演化机理是深部煤炭资源开采围岩控制的关键科学问题。开展采场和巷道围岩应力演化与变形破坏监测,是掌握应力场动态迁移规律,分析覆岩分区破裂、结构演化的重要手段,也是实现井下灾害超前辨识和危险区域感知预判的基础。近年来光纤传感技术在解调原理、传感器研发方面取得了长足的进步,可实现不同尺度的围岩应力、变形,大范围、分布式动态监测,成为了岩体变形破坏的重要监测手段之一。分析了光纤传感技术在矿山围岩变形与破坏监测方面的应用进展,总结了用于采场和巷道围岩变形监测中的光纤传感理论及适用特点,归纳了光纤传感系统布设方法与安装工艺,讨论了采场覆岩"横三区、竖三带"分布,覆岩结构演化,支承压力分布,顶底板变形特征的光纤表征机制,介绍了光纤传感技术在矿山围岩变形表征中的最新成果。结果表明:光纤传感技术在矿山围岩监测中的应用仍处于现场应用研究阶段,在智慧矿山建设背景下,采场和巷道围岩变形监测技术向多参数、智能化、实时动态监测发展,光纤传感技术存在多参量、多尺度传感器研发,多维度光纤传感系统及布设工艺,大数据光纤传感数据智能分析系统构建等研究热点。研究成果对推动矿山围岩光纤传感智能监测技术研发与应用具有积极意义。     

深井高应力矿床开采地压监测与分析

针对冬瓜山深井矿床开采具有岩爆倾向的特征,提出了应力变形的监测系统方案,并根据实际监测结果进行了矿床开采围岩应力应变分析。实践表明,监测系统的建立及对监测数据的分析,更好地揭示了冬瓜山深井矿床开采围岩的地压活动规律,对矿山安全生产具有重要指导意义。     

地下矿山软岩巷道地压监测及其显现规律研究

针对某铁矿井下巷道陆续出现巷道底臌变形、侧帮向内挤压、顶部支护体下沉、锚杆脱落等地压显现 现象,进行了软岩巷道地压监测及其显现规律研究。设计了一套完整的巷道地压综合监测体系,以巷道围岩压力 监测和变形监测为主,实现在地表集控中心对井下巷道围岩的受力和变形进行长期观测和预警。巷道围岩压力监 测选用锚杆应力计,变形监测选用多点位移计,通过长期对监测数据进行分析,获得不同岩性的巷道围岩的应力和 变形机制。根据围岩变形和应力情况,结合矿山已有矿岩强度特征及巷道围岩松动圈厚度范围,建立巷道支护三 维数值模型,进行锚网喷支护参数优化,优化后支护效果较为稳定。研究表明,地压监测数据可为软岩巷道合理的 支护设计提供理论依据和指导,为支护结构的长期稳定提供保障。     

大红山铁矿地压综合监测系统的初步应用研究

介绍了微震监测系统、常规地压监测网及围岩变形自动监测及报警系统在多区段大规模开采的大红山铁矿的初步应用研究.对钻孔应力计在安装初期自身所受多种应力所表现出来的情况进行了分析,提出了自适应期应力分解为几个主要组成部分的构想.对矿山地压近阶段安全进行了分析评估.利用定期测量实地数据和依靠光缆及网络技术传输的实时数据信息,实现了对矿山地压活动的监测预警,并有效可靠地指导了矿山安全生产.综合地压监测技术将在今后的矿山安全管理中起到更重要的作用.     

黄山铜镍矿30#矿体开采过程中地压监测系统的建立与应用

黄山铜镍矿30#矿体采用无底柱分段崩落法开采,井下围岩节理裂隙发育,围岩破碎明显,局部已出现片帮及冒顶。本文根据矿山岩体岩性、节理裂隙发育及实际开采情况,对监测方案进行了设计及优化,并建立了地压监测系统。通过对微震监测数据的处理与分析,研究基于微震事件岩体应力及变形的变化规律,为矿山的安全生产提供了技术保障。     

灰色系统理论在矿山围岩稳定性分析中的应用与实践

根据冬瓜山铜矿首采区采准巷道的布置和采矿方法,在首采区矿体的围岩、顶底板布置应力计和位移计仪器进行围岩压力、变形监测,通过对地压的变化和巷道顶板沉降进行长期监测,掌握了采区应力分布特征及其发展变化趋势,并利用灰色系统理论对所监测的数据进行了处理分析。监测结果表明：首采区巷道围岩是稳定的,应力监测值与应力增量都呈平稳趋势发展,灰色系统预测的数据表明,围岩应力的应力状态呈稳定趋势,巷道围岩处于稳定期。     

深凹露天转地下采场地压及位移监测研究

杏山铁矿开采,处于露天转地下的过渡性阶段.为了解开采过程中采场地压及巷道变形规律,在-33m水平4,5回采进路中,布置8个钻孔应力计和4个收敛计对巷道围岩进行监测,并对监测结果进行分析,以确定采场围岩体中应力大小及巷道变形情况,更好地预测深部开采围岩地压活动规律,对矿山安全生产具有重要指导意义.     

沂南金矿地压规律监测技术研究

矿山压力显现是与矿山开采过程中的应力场扰动所诱发的微破裂萌生、发展以至贯通等岩石破裂失稳问题相关的。借助地质力学手段以及应力测试方法对沂南金矿-330,-342 m中段采场及巷道围岩进行了变形、应力监测。运用压力盒观测整个采矿过程中围岩应力的变化规律,总结该矿地质力学特征及其应力分布规律;应用多点位移计观测整个采矿过程中巷道围岩深部位移变化规律,探讨采矿活动诱发围岩松动范围的变形规律,掌握了采矿活动全过程的围岩变形变化规律,为选择合适的采矿方法以及地压管理方法提供了科学依据。     

基于PHASE数值模拟矿山开采过程的地压监测系统构建及应用研究

毛坪矿在向深部延伸开采过程中,深部高应力、岩爆等地压问题日益突出。通过PHASE软件对矿山典型地质剖面进行数值模拟与分析,得到了不同矿体之间的天然隔离矿柱是应力集中最为明显的区域,且岩层移动以上盘上向45°方向的移动变形最大等地压活动规律,为矿山地压监测系统建设提供了参考。基于PHASE模拟分析结果及矿山开采技术条件,开展了地压监测方案设计并建立了地压监测系统,通过地压监测与分析,得到了矿山动态开采过程中围岩的微震时空演化规律及变形破坏特征,为后续的地压灾害防控提供了技术依据。     

软岩巷道监测设计与应用研究

随着易采资源的日益枯竭,矿山开采逐渐向不良围岩及深部等区域发展。以软岩区域矿山开采为例,由于软岩巷道变形快,稳定性差,因此,为了确保软岩区域巷道的施工安全,针对软岩区域开挖后的应力变化和巷道变形问题,设计了基于JTM-V2000B型压力计和VWM型振弦式多点位移计的监测方案,应结合巷道围岩的实际情况,重点监测稳定性差的特殊区域。将方案应用于某河床下铝土矿页岩巷道的施工监测,现场监测数据反映了软岩巷道开挖后的应力和位移变化趋势,软岩较大的塑性变形使地应力逐渐向围岩内部转移,同时也导致巷道断面缩小。应力和位移的监测结果可以指导巷道支护设计和支护时机确定。     

小铁山矿深部开采巷道变形监测与分析

随着小铁山矿采矿作业向深部拓展,受地应力和岩性分布的影响,地压活动频繁,引发的地压活动危害问题更为突出。为减少深部开采地压灾害的不利影响,通过对矿山开采巷道围岩的变形监测,分析深部高应力条件下巷道围岩变形特征,制定出适合矿山的支护措施,有效减少了二次支护成本,对保证矿山安全生产具有重要指导意义。     

一种新型巷道变形监测设备的结构及其应用

为了解决地下金属矿山在日常施工和开采中遇到的巷道破坏等安全问题,及时掌握地下矿山巷道的稳定性情况,需要对巷道围岩变形数据进行不间断的精确监测。传统收敛计监测效率低、精度差、测量人员安全容易受到威胁,而隧道变形监测手段在地下矿山应用又有一定的局限性。为解决这些问题,自主研发了地下矿山巷道变形实时监测系统。该系统可实现24 h无人值守、连续监测收敛变形,降低成本、保证测量人员安全的同时亦提升测量效率和精确度。保国铁矿现场监测试验证明,该系统在很好地完成地下矿山巷道变形监测任务的同时,还可以辅助支护方案设计、危险预警等工作。研究成果在未来地下矿山变形监测、危险预警方面有一定的应用前景。     

基于数值模拟的复杂采空区稳定性分析

在详细调查某矿山复杂采空区空间形态和分布情况的基础上,利用软件耦合技术建立了采空区的三维数值模型,并采用FLAC3D对采空区稳定性进行了模拟计算。根据模拟结果对围岩的应力、位移和塑性区的分布规律进行了深入研究。结果表明:采空区角隅处出现明显的应力集中且发生剪切破坏,顶板中央区域有较大的拉应力产生;围岩产生向空区的变形,最大变形位于采空区顶底板;相邻采空区围岩应力和位移出现叠加,表现出采空区的"群效应",这些区域围岩的应力和位移相对较大,是容易产生破坏的区域。总体而言,采空区目前处于稳定状态,建议矿山充填采空区以控制围岩变形。     

普朗铜矿地压综合监测数据分析与研究

普朗铜矿在运用自然崩落法进行拉底推进和出矿作业过程中,在断层构造影响下,面临底部结构围岩破坏变形和地表不均匀沉降等问题。因此,普朗铜矿采用微震、应力和三维激光扫描综合监测系统,对开采过程中矿山地压状况进行监测和分析。结果表明：西沿拉底推进对首采区岩体稳定性影响较大;采区南部底部结构应力变化相对频繁;地表塌陷区东部区域与沟底核心区域沉降速度最快。以上研究结果为矿山调整拉底、出矿和二次支护计划提供了参考依据,起到了良好效果。     

高应力破碎岩体巷道锚网支护应用研究

主要论述锚网支护在高应力破碎岩体巷道中的应用研究,结合矿区现场实际情况得出合理的支护参数和支护工艺,并且在支护完成后及时设置测站对围岩变形进行监测以验证支护效果。通过对巷道围岩变形监控量测数据的分析,得到拱顶下沉、周边位移的变形曲线具有明显的阶段特征;同时对变形曲线进行非线性回归分析,得到围岩变形"增长模型"的非线性回归方程,为预测围岩变形规律和最终变形提供基础和依据。锚网支护有效地解决了大顶山矿区支护难的问题,同时也为具有类似情况的矿山提供了支护参考。     

基于围岩应力监测和振动监测的采场稳定性研究

采用自主设计的多功能监测杆对某金属矿采场开挖过程中的围岩稳定性进行实时监测，记录采场回采过程中监测杆长度范围内岩层垂直方向应力变化和围岩振动事件。结果表明，开挖面积增大会导致围岩所受应力和峰值速度呈现上升趋势，反映出围岩内部发生破裂次数增多，围岩稳定性下降，松动圈深度增加。对于采用集中端头锚固式锚杆进行支护的矿山，锚杆长度大于松动圈深度时，能更有效地控制松动圈演化和岩体冒落。该采场完成为期一个月的开采后，岩层沉降使监测杆长度范围内岩层垂直方向应力增加约3.9 MPa,振动事件强度满足我国爆破振动安全许可标准，综合评价围岩稳定性较好。     

倾斜层状巷道围岩松动圈分布及支护技术研究

深埋巷道倾斜层状围岩常出现变形大且不均匀的现象,尤其是在深部高应力条件,严重制约了地下采矿的安全性。对某矿山巷道开挖后倾斜层状围岩进行了松动圈范围监测,监测结果表明巷道的左拱角和右底角附近的松动范围比其他部位的松动范围大。在松动圈分布范围的研究基础上,提出了非对称型支护方式,取得了良好的支护效果。     

多功能水压计的研发与应用

矿井突水严重危害着矿山的生产安全,因而对突水因素的监测就显得非常重要。研发了一种可同时采集水压、水温和围岩应力的多功能水压计,并以该水压计为基础,通过USR-TCP232-T24系列产品搭建了井下数据实时监测系统,从而实现井下水压、温度和围岩应力的获取。监测结果表明,开采活动进行时,岩体内的应力增大,开采活动中止时,应力变化较小;开采活动产生的围岩应力导致岩体破碎,致使水压消散;每增加45m的高差,深部岩体内的水温大约升高2℃。工程应用表明,多功能水压计在深部矿井"三高一扰动"的环境下能较好地发挥作用,可为矿山水灾预警提供数据。     

微震监测技术在矿山中的研究与应用

针对石圪台煤矿某综采工作面过上覆集中煤柱过程中矿压显现剧烈,易发生压架事件的现象,在矿山建立微震监测系统,采取拾震器加密安置和立体化监控方案,来进行工作面来压预测,以保证矿山安全高效生产。详细介绍了在石圪台煤矿微震监测系统的安置、安装与调试,并对监测预期成果作了分析,为以后监测系统在矿山中的应用以及过上覆集中煤柱时对围岩的应力应变研究打下了良好的基础。     

基于灰色理论的采动围岩变形混沌时序预测

为实现地下矿山岩体开挖后的变形预测,及时评价围岩稳定性。本文基于监测围岩变形的时间序列,采用G-P算法确定了时间序列重构相空间的最佳嵌入维数和时间延迟,通过对时间序列的相空间重构,分析了其最邻近相点的动态演化规律,并结合灰色预测理论对围岩变形时间序列进行了预测。结果表明,围岩变形时间序列的最佳嵌入维数和时间延迟均为3,最邻近相点平均距离越大,围岩变形的混沌特征越明显,其内在动力系统越复杂,采用灰色理论可以实现对采动围岩变形量的短期精确预测,基于最邻近相点和变形预测结果,可以对围岩稳定状态进行识别,为地下矿山开采过程中围岩稳定性评价提供新的思路。