光纤光栅技术在井壁融化期间变形监测中的应用

针对深厚松散层冻结井筒解冻期间井壁受力特性变化复杂的难题,为确保板集煤矿副井井筒施工安全,基于光纤光栅传感技术,分析了传感力学模型,采用埋入式FBG传感器构建了在线监测系统,对井筒井壁结构进行信息化监测,获得了多方位、多层位井筒应变的实时数据。通过与传统的振弦式传感技术监测数据相比较,发现2种监测结果在时空上具有一致性,都能基本反映副井井筒弯曲段复杂受力状况。应用结果表明:光纤光栅传感监测系统可在线实时监测井壁内部混凝土的应变变化情况,可较准确地掌握整个竖井井壁的安全状况。     

断层地质条件下竖井井壁变形监测技术研究

针对华北地区深层开采中冻结竖井施工过程中的井壁变形监测问题,设计了基于光纤光栅传感器的实时监测系统。以山西潞安集团余欣煤矿风井为研究对象,结合该风井结构,在井壁分层埋入光纤光栅传感器,通过主光纤将反射波长变化数据传送至地面进行数据处理,完成远程实时在线监测。应用结果表明,设计的基于光纤光栅监测技术具有较好的重复性和测量精度,符合地层地质特征,为国内同类型竖井的安全生产提供了理论和实践参考。     

基于光纤光栅技术的竖井井壁变形在线监测系统研究与设计

针对深部矿井井筒井壁应力环境复杂的特点,结合光纤光栅传感技术原理及优势,将光纤光栅传感器埋入井筒套壁混凝土内部,根据井筒地质结构及套壁工艺设计了监测方案,构建多点分布式传感系统对井筒井壁大尺度的多点进行长期实时的在线监测。监测数据表明,利用光纤布拉格光栅传感技术监测井筒井壁结构健康具有很好的效果,为及时评价井筒安全状况与运行状态提供依据。     

基于光纤光栅传感技术的井筒在线监测应用

20世纪80年代以来,有百余个立井井筒发生了不同程度的破坏,而井壁的破坏与井筒的受力密切相关.特别是淮南矿区井筒穿越深厚的表土层,井筒受力十分复杂,因此采用有效的手段对井筒的受力情况进行实时监测、预警十分必要.板集煤矿井筒破坏修复后根据井筒所处的地层情况在井筒套壁过程中分布埋入光纤光栅传感器,建立了可以实时监测井筒不同深度和部位受力情况的在线监测系统.通过井筒在解冻过程中各部位的应力应变监测情况应用分析,该系统可实时远程在线监测且效果良好.可见,该系统为分析井筒受力特征与相关因素,预测井筒受力发展趋势、井筒的破坏预测和及时维护具有重要意义.     

基于光纤光栅技术的井筒变形监测

利用光纤光栅传感技术原理,采用适合的光纤光栅系统监测井筒变形,对监测系统数据进行详细变形分析,且与地层水文动态进行综合对比分析,预测出最容易发生井筒破坏的地层区间。光纤光栅波长变化与松散地层变形以及地下水位变化有着良好对应关系,当地层压缩和地下水位降低时,波长值减小,当地层压缩缓和和水位上升时,波长值增大。     

沿空留巷充填体应力变化光栅监测系统及应用

针对沿空留巷支护过程中需对充填体进行大量程的应力监测,设计一种基于光纤光栅的大量程光纤光栅应力传感器和光纤在线监测系统,该监测系统由矿用光纤光栅解调仪、光纤光栅应力传感器及通信光缆等组成,采用双光栅温度补偿方法可有效减小温度漂移对监测精度的影响。利用该监测系统对东滩煤矿3203工作面沿空留巷砌体墙的应力变化情况进行了实时在线监测,结果表明,大量程光纤光栅应力传感器和光纤在线监测系统能够实时、准确监测沿空留巷支护过程中应力变化过程,这为进一步优化支撑结构,确定沿空留巷支护方案提供依据。     

基于倾角传感器的立井井筒安全监测系统设计与应用

随着矿山开采时间的推移,井筒发生偏斜和破裂的风险会逐渐增大,直接影响矿山安全和正常生产,因此必须建立对立井井筒受力及变形的长期监测.以张集矿主井井筒为研究对象,提出了采用倾角传感器测量井筒偏斜量,光纤光栅应变传感器测量井筒受力状态的井筒安全监测方法,为井筒长期服役的安全性提供了基础判据.     

厚松散层井筒应变传感器布设方法研究

针对板集煤矿厚松散层地质条件,基于FBG传感基本原理,对副井砌筑井壁期间监测传感器布设方法进行了研究,提出了在保证传感器布设成功率和井筒安全监测的前提下,用尽可能少的传感器,获取可靠和全面的井壁受力信息,监控井壁受力状态,实现井壁结构的多点长期在线监测,为井筒安全运营提供技术保障。     

辽宁柏杖子金矿井筒工程施工工艺技术应用

针对复杂地质条件下井筒工程施工技术难题,根据岩石力学、爆破理论、支护技术和井巷施工工艺,对辽宁柏杖子金矿混合井施工进行应用研究。重点解决了施工工艺、安全高效、竖井排水、井筒支护、通风等问题,揭示了特定地质条件下混合井施工技术的应用方法,对于同类矿山的井筒工程施工具有指导意义。     

辽宁柏杖子金矿井筒工程施工工艺技术应用研究

针对复杂地质条件下井筒工程施工技术难题,根据岩石力学、爆破理论、支护技术和井巷施工工艺,对辽宁柏杖子金矿混合井施工进行应用研究。重点解决了施工工艺、安全高效、竖井排水、井筒支护、通风等问题,揭示了特定地质条件下混合井施工技术的应用方法,对于同类矿山的井筒工程施工具有指导意义。     

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。     

铁道信号智能网络监测系统轨道占用检测方案设计

针对现有铁道信号监测设备结构复杂、无法直接采集原始数据等问题,采用光纤Bragg光栅传感机理,以轨道电路为监测对象,设计铁道信号智能网络监测系统轨道占用检测方案。仿真实验显示,光纤Bragg光栅中心波长漂移量正相关于纵向应力的变化,亦即正相关于钢轨受力形变造成的弯矩变化,在平均发生0.5‰应力改变的情况下,波长漂移值为0.54 nm,且具有成本优势,在铁道信号监测中应用价值比较高。     

急倾斜煤层水平分层开采引发的地表变形监测技术研究

西北地区厚黄土覆盖层急倾斜煤层开采引发的地表沉陷、地裂缝等地质灾害具有独特的发育特征,需要具有针对性的监测指标和方法,从而获取监测体的演变模式,本文选择甘肃省窑街三矿采煤引发的地表沉陷典型区域作为研究试验区,通过总结采煤工艺及地质条件差异引起的地表沉陷特征,结合采用传统测量技术与现代实时监测技术,实施了针对急倾斜煤层开采引发的厚黄土层变形监测工作,选取地表埋设GPS监测桩定期监测和安装拉绳变形监测仪实时采集数据的方法,实时监测塌陷区典型变形点的三维变形情况,并通过数据分析对垂向沉降和水平位移进行了对比,进一步对稳定区进行了划分。该研究为开展类似条件下的监测和研究工作积累了经验。     

金川二矿区14行风井稳定性评价及监测系统

通过对14行风井破坏原因的分析,针对不同区段围岩的工程特点采取不同的加固措施和相应的施工方案。同时根据返修加固方案、相应的地质条件和开采顺序建立了数值模型研究了井筒返修以后地下采矿对井筒产生的影响。从计算结果看,随着开采规模的不断加大,14行风井会存在一定的破坏风险。根据14行风井与矿体之间的工程分布情况,采用分布式光纤传感技术建立了动态监测系统,给长期监测岩层移动和准确预报工程变形奠定了基础。     

基于光纤光栅监测的松散地层深部注水试验

为了探索厚松散地层深部失水层位的钻孔注水特性，采用一种新型的光纤光栅传感系统实现了某矿松散层注水过程中应变的在线监测。介绍了在深度+115.83～+135.15 m处松散层注水实施过程，及通过2个钻孔对注水层位应变和水位监测的光纤Bragg光栅系统及水位监测系统，注水试验注水压力值依次为0.1，0.2，0.3 MPa和总注水量达到4 226.84 m 3。分析了注水压力、注水量和松散层应变变化的关系，松散层在注水前后和过程中松散层应力应变状态。试验表明，随着注水压力升高和注水量增加，松散层压缩状态得到改善，较注水前，注水后注水层位呈明显拉伸状态。光纤光栅监测系统灵敏、稳定，能够实现对松散层深部注水的过程实时监测，试验为进一步实施松散层地区沉降治理提供了重要的依据。     

金川龙首矿副井返修施工技术实践

结合金川龙首矿西二采区副井所处的不良地质环境和采矿技术条件,针对副井严重变形情况,开展了副井返修方案与施工支护工艺研究。提出了井筒和马头门返修处理工艺,确定了1 015~1 240m段的225m井筒整体返修方案。同时,根据围岩稳定性条件,优化锚喷网联合支护型式和工艺参数,并确定了支护顺序与间隔最佳时间。在此基础上,开展返修后的井筒围岩变形监测技术研究。根据监测点所获得井筒和马头门断面变形以及随时间的变化规律,判断返修后井筒的稳定状态,并指导下一步施工方案的调整与优化。该研究为类似条件下的竖井工程返修设计和施工提供参考。     

井架偏斜的分析预测与纠偏控制

在对井架偏斜原因进行工程地质分析基础上，采用ANSYS有限元方法模拟预测井架斜腿基础不同沉降情况下井架及订杆件的应力，变形及强度变化规律，提出采用壁后注浆微型钢管混凝土桩进行地基处理的方法及工艺，在数值模拟预测及现场安全监控指导下，介绍对井架实施可控纠偏的方法。     

采场上覆岩层沉降变形的光纤检测实验

为定量化研究相似材料模型实验岩层变形过程,用光纤光栅传感技术构建相似材料模拟实验的上覆岩层移动的监测方法和系统。在实验室模拟煤矿采场上覆岩层沉降变形,在0.5 m平面模型上使用2~6个不锈钢封装光纤Bragg光栅传感器和醋酸乙烯封装光纤Bragg光栅传感器,制作了3个500 mm×425 mm×73 mm的相似材料模型,几何相似比1∶800,同时在模型对应位置使用了2~3个百分表,研究模型开挖过程中岩层沉降变形与光纤光栅传感器测试结果的对应关系。实验表明,模型岩层沉降变形与引起的传感器波长漂移量变化线性相关,单位下沉量引起的不锈钢、醋酸乙烯塑料封装光纤Bragg光栅传感器波长漂移量分别为66.17~290.46,778.19 pm/mm,光纤光栅传感器可以感知水平位移和垂直位移的变化,为相似模型内部应力应变检测提供了手段。这种方法可以用于模型上覆岩层移动的实时检测。     

GS-1型滑坡光纤多参数监测系统的研究

开发一种自动化地质灾害滑坡光纤多参数监测系统,采用基于光纤光栅的反射中心波长随光纤光栅所受的应变或温度的改变产生移动,其波长移动量的多少直接反映应变或温度变化大小的工作原理。利用光纤光栅封装结构的变化,实现应变、应力、压力、温度、位移、振动等多种参量的测试;对多个光纤光栅的中心波长进行排布上的设计,则实现多点的准分布式测量,推动地质灾害监测技术的进步。