三维激光扫描技术在矿山巷道变形监测中的应用

文中介绍了近年来被称为实景复制技术的三维激光扫描技术,三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据.因此,可用于获取高精度、高分辨率的数字地形模型.基于其独特的特点,分析了将三维激光扫描技术用在巷道快速变形监测中的可能性,探讨了将该技术应用在山东金岭铁矿召口矿巷道快速变形监测中的作业方法,并对可能出现的问题提出了一些初步的解决办法.     

基于三维激光扫描技术的巷道顶板监测研究

针对巷道顶板稳定性监测中存在的随着开采深度的增加,巷道顶板压力逐渐增加,巷道顶板垮落严重,顶板灾害频繁发生,而对岩性变化和构造的分析监测越来越困难的问题,研究了当前巷道顶板稳定性监测方法和三维激光扫描技术在变形监测中的应用,通过采用三维激光扫描的方法对巷道顶板稳定性进行监测,得出三维激光扫描技术在巷道顶板稳定性监测中的可行性。     

三维激光扫描技术在华亭东峡煤矿塌陷区监测中的应用

三维激光扫描技术可以获取被测区域的真实数字地表模型,能够以面状形式整体反应塌陷区的变形趋势,因此,在形变监测中的应用日益广泛。文中利用三维激光扫描技术所获取的两期点云数据进行叠加,所提取的特征点形变量与GNSS监测点成果吻合较好,验证了三维激光扫描技术监测应用的可行性和可靠性。同时,利用获取的典型监测断面和塌陷区沉降等值线图精确划定了塌陷活跃区的范围和沉降幅度,为塌陷区形变机理研究提供了科学依据。     

基于三维激光扫描技术的矿区建筑物变形监测方法

传统变形监测方法存在工作量大、监测点难以保护、监测时间长等不足,与传统监测方法相比,三维激光扫描技术具有非接触、高密度、高精度、信息量大、快速获取物体表面三维空间坐标等优点。结合相似材料模型试验,提出了基于三维激光扫描技术的矿区建筑物变形监测思路。首先采用全站式三维激光扫描仪分别对二维相似材料模型在5个不同开采时段进行整体扫描,将扫描数据通过点云数据后处理软件进行预处理,从中提取模型上黑白靶标即变形监测点的三维坐标;然后结合MATLAB语言编程,实现监测点由假定坐标到目标坐标的自动化转换,提高点云数据处理效率;最后根据试验得出的变形监测思路,对某矿区水塔进行了变形监测,并与全站仪的监测数据进行了对比分析。研究表明:采用三维激光扫描技术获取的水塔变形监测数据与全站仪获取的监测数据的最大误差仅为1.8 mm,远小于沉降变形监测10 mm的精度要求,可见对矿区建筑物采用三维激光扫描技术进行变形监测具有可行性。     

采动影响下巷道围岩变形破坏规律

针对王家塔煤矿101工作面开采过程中1S101辅助运输巷顶板受采动影响变形破坏严重、支护体失效、后期支护维护困难等问题，以邻近201工作面开采为工程背景，结合数值模拟和三维激光扫描技术现场实测等综合方法，监测获取201工作面推进过程中2S201辅助运输巷顶板变形规律，评估巷道支护方案的有效性，阐述三维激光扫描技术动态监测井巷变形工程中的应用情况。研究结果表明：井下条件复杂，有效扫描距离减少，点云密度下降严重，建议井巷监测工程中扫描仪设站距离不宜超过50 m；三维扫描监测结果显示顶板发生不均匀形变，总体形变量较小，支护方案效果明显；随着201工作面推进，巷道顶板形变值逐渐增加，应力沿工作面推进方向传递，邻近采空区区域处最先发生形变，监测结果与理论相符。     

30407运输巷底鼓防治措施及其效果监测

为控制30407工作面运输巷底鼓,保证工作面安全通风及生产,在运输巷布置钻孔对巷道围岩变形移近量进行监测,发现巷道底板在靠近煤柱一侧出现应力明显集中的情况,该侧围岩变形较为严重.现场在巷道两侧布置钻孔,对巷道围岩进行泄压及加固.监测结果表明:治理段巷道的底鼓变形20 d后趋于稳定,巷道底鼓量比未治理阶段减少200 mm,巷道底鼓变形得到控制.     

近距离煤层回采巷道支护技术研究

153301工作面受上部3煤和9煤采空区及煤柱影响,巷道围岩变形量大。采用FLAC3D软件分别模拟不同锚杆间距和数量下的巷道围岩变形量,得到锚杆最优支护参数。针对153301工作面巷道采用锚网索和二次注浆加固支护技术,分别设计了不同的支护参数,并对支护后围岩变形量进行监测,监测结果表明围岩变形量和变形速率都有了明显的减小,支护取得了良好的效果。     

81108工作面回风巷沿空掘巷支护技术优化

为解决81108工作面回风巷原有支护围岩变形量大的问题,通过现场观测围岩变形特征及过程,得出需提升巷道两帮围岩支护强度。基于巷道原有支护下围岩变形特征,确定巷道采用顶帮协同支护技术,进行支护优化和围岩变形监测分析。结果表明:支护优化方案实施后,沿空掘巷期间围岩变形量大幅降低,保障了围岩的稳定。     

良相煤矿支护技术改革的探索及实践

针对良相煤矿复杂地质条件,原架棚支护方式巷道变形量大,支护效果不佳等,提出采用锚网索联合支护的改革技术方案。通过巷道围岩变形监测,得出不同支护方式下巷道围岩变形规律。现场实践表明,相比架棚支护,锚网索联合支护能减少巷道围岩顶底板相对移近量的73%,巷道两帮相对移近量的70%,有效地控制了巷道变形。     

黄陵二号煤矿回采巷道围岩变形监测及分析

系统研究巷道围岩的变形规律,对实现开采工作面准备和巷道掘进的安全高效推进具有十分重要的作用。针对黄陵二号煤矿巷道出现的围岩变形情况,在合理布置顶板岩层位移监测孔的基础上,通过采用多点位移计对矿井回采巷道的围岩变形进行量化监测,分析了巷道围岩中的变形与位移特点及其影响因素。研究表明:在回采过程中,要做好回采工作面100 m范围以内的巷道支护工作;巷道顶板最大下沉量为14 mm,可将最大下沉值与临界沉降值(由锚杆有效伸长量决定)进行对比,确定了支护方式;此外,支护在减小围岩变形和顶板下沉方面有一定作用,如果没有支护或支护不足,围岩松动范围将大于监测值。摸清了巷道围岩的变形规律,优化了巷道支护设计与施工技术,为矿井生产提供了有效的技术支持。     

巷道围岩失稳监测技术及应用

巷道围岩稳定性监测可及时对巷道变形与失稳做出预警,是保障煤矿安全的重要手段。针对巷道变形失稳监测的实际,构建45°倾角层状巷道相似模型,设计了可进行巷道围岩力学信息实时探测的小型普通与恒阻监测锚杆,进行基于恒阻大变形锚杆受力的巷道变形与失稳监测模型实验,同时进行多种倾角岩层巷道变形与失稳监测的离散元数值模拟,实验得到巷道变形破坏全过程的位移场精确量测信息与锚杆力学监测信息,分析巷道变形破坏机理,根据巷道变形与锚杆受力变化的时序特征,研究围岩失稳判别条件。结果表明:恒阻锚杆可实现巷道变形与失稳全过程监测,巷道围岩失稳的锚杆受力监测前兆信息为监测曲线短时间内显著持续上升,锚杆受力监测效果优于位移监测。研发恒阻锚杆受力巷道稳定性监测系统并在深部层状岩巷矿井进行工程应用,效果良好。     

深部高地应力巷道围岩支护技术分析

对某矿西盘区底板深部高地应力巷道表面位移进行监测,监测结果表明,巷道围岩出现非线性大变形、锚索破断及支架扭曲变形等现象。利用FLAC~(3D)对巷道围岩进行数值模拟,得出高地应力巷道围岩变形属于给定变形,巷道支护体不仅要提供足够的支护强度,还必须适应高地应力巷道大变形。据此提出可接长锚杆协调支护技术,使稳定后顶板下沉量和两帮相对移近量在可控区间,得到预期的支护效果。     

13101综采工作面快速掘进巷道围岩变形观测

为了分析13101综采工作面软岩段快速掘进过程中的围岩变形情况和巷道支护效果,采用现场实测的方法对巷道表面位移和顶板离层情况进行监测分析。从监测的结果可以看出:巷道的围岩变形主要发生在掘后的7 d内,占巷道总变形量的大约70%;巷道掘后的第二天是巷道围岩变形量的速度峰值,两帮位移变形量的平均速度峰值大约是12 mm,顶板位移变形量的平均速度峰值大约是11 mm。对比本矿井历史监测数据,说明该项快速掘进支护技术应用效果良好。     

深部软岩巷道“大让压-强支护”支护技术

在对某矿-900 m水平轨道大巷进行矿压观察及围岩变形监测的基础上,结合巷道弹塑性区变形力学分析,揭示了该类型巷道采用二次支护的控制机理,进一步通过数值计算得到了巷道围岩变形量与支护强度的关系。结合现场工业试验,提出了"大让压-强支护"刚柔结合支护技术:一次支护锚网索联合支护让压,二次支护全封闭金属支架+围岩壁后注浆加固。现场巷道围岩变形监测表明,该支护技术对典型深部软岩巷道变形破坏有较好的控制效果。     

干河煤矿软岩煤巷锚注支护技术应用

针对干河矿三采区辅助运输巷围岩变形显著现象,基于对其变形机理及控制技术的分析,提出采用锚注支护技术强化围岩变形控制.通过中空注浆锚杆对围岩注浆改性,加强围岩力学性能,提高围岩承载能力,优化支护效果.现场应用结果表明:该技术的应用可有效控制围岩变形,监测的巷道变形量数据在可控范围内,保障了辅助运输巷在服务期间的通畅与顶板安全.     

深部巷道围岩锚网耦合支护技术

通过介绍巷道围岩与锚网索耦合支护技术,得到在深部复合顶板煤层巷道实现耦合支护的基本特征在于巷道围岩与支护体在变形量、强度、刚度及结构上的耦合。通过在平煤十矿戊9-21210风巷施工200 m的监测结果发现,巷道实施围岩与锚网耦合支护方式后,巷道顶板、两帮和底鼓均属于正常变形量,实现了一次成巷。     

厚煤层综放开采窄煤柱沿空巷道支护技术

运用Mohr-Coulomb准则分析巷道围岩应力,并采用数值模拟软件FLAC3D模拟井下实际工作条件,总结巷道围岩变形规律并验证支护技术的有效性。通过井下监测,得出掘进影响下巷道最大变形量为38 mm,下区段回采工作面采动作用下巷道最大变形量为500 mm。数值模拟及工程实践表明窄煤柱沿空巷道围岩非对称性变形破坏得到了有效控制。     

大断面不稳定岩层巷道支护技术研究

紫晟煤业2-1012巷采用数值模拟方法分别对三种支护方案下巷道围岩塑性区及变形量进行分析,得到最优支护设计参数.模拟结果表明,巷道围岩稳定性受锚杆锚固力影响较大,增大锚固力可以控制塑性区的发育,达到控制巷道围岩稳定性的目的.工作面回采期间,对巷道顶板及两帮位移量监测结果表明,巷道顶板最大移近量为92.4 mm,两帮最大移近量为70.2 mm,巷道围岩变形量基本位于合理范围内,现有支护能够保证巷道围岩稳定性.     

基于巷道围岩变形监测的预案支护技术

针对目前一些新建矿井,由于前期设计单位在设计时对巷道支护缺乏专门研究,致使部分巷道在施工后,巷道变形严重,影响其正常使用,造成工期延长,建设成本增加的现状,在对巷道围岩地质资料分析、围岩物相及物理力学性质测试,变形数值模拟及施工巷道变形监测的基础上,制定相应的支护预案,并以围岩变形量与变形速度作为围岩稳定性判别指标,当围岩监测指标超过设定临界值时实施预案,以控制围岩变形失稳。     

深井泥岩顶板回采巷道破坏特征及支护设计

深井泥岩顶板回采巷道围岩变形量大、支护困难。通过对在古汉山矿15采区原支护方案回采巷道变形破坏分析,采用现场实测与数值分析方法对其围岩的收敛特点进行了对比,提出了预留断面强力锚杆-锚索协调支护技术,并对设计方案进行工业性试验与数据监测。结果表明:顶板泥岩的膨胀及高应力环境是巷道围岩失稳的主要原因,巷道呈凸出式收敛,四角成应力集中区,采用设计方案后,围岩顶板离层量小于50 mm,巷道围岩收敛量小于250 mm,巷道围岩稳定,支护效果显著。