基于光纤光栅传感技术的顶板离层仪研发及应用

为了及时准确地发现顶板离层信息,并采取相应的措施预防巷道冒顶,必须对顶板离层量进行实时监测,根据光纤光栅传感原理研制了新型光纤光栅顶板离层仪,并在实验室对该顶板离层仪进行标定试验.试验与理论及应用分析结果表明:该光纤光栅顶板离层仪组成的全光纤顶板离层在线监测系统,具有测量精度高、长期稳定性好、信号传输距离远以及本质安全等优点,给顶板离层的长期在线监测提供了一种行之有效的手段.     

巷道顶板离层预警值确定的研究

锚杆、锚索支护在我国煤矿得到了广泛应用,为了监测支护质量和顶板岩层松动离层情况,煤矿锚网索支护的巷道普遍使用了离层仪,对顶板离层进行监测,对预测预报顶板事故起到了一定的积极作用。但顶板离层值达到多少是预报的临界值,一直是困扰现场的一个难题,到现在也没有得到很好的解决。文章根据锚杆、锚索的延伸率对顶板离层预警值进行了探讨,提出了确定顶板离层预警值的一些简单办法。     

基于Zigbee技术的顶板离层仪网络研究

针对目前煤矿使用的顶板离层仪类型,以及根据顶板离层的测量原理和实际中工作人员记录顶板离层数据的方式,文章创新性地提出了采用Zigbee技术进行数据的传输;利用分站和每个测量点处的顶板离层仪构成了无线传感网络,通过分站人机交互界面就可对矿井巷道顶板离层的状态进行实时监测,实现了顶板离层监测的自动化和网络化;采用了分段式数字电容传感器,提高了产品整体测量精度,降低了成本。     

矿用无线网络式顶板离层监测系统研究

分析数字式顶板离层仪的现有问题后,提出了无线网络式顶板离层监测系统总体方案,分析了组成该系统的无线网络式顶板离层仪、矿用分站、无线网络结构和井上监测软件。该系统可实时监测顶板位移离层数据,可实现无线组网,通过井上监测软件可对顶板离层数据进行采集、显示、存储和查询。     

多基点顶板离层指示仪设计

针对顶板下沉的问题,提出了将顶板离层的小位移量转化为位移传感器的大位移量,推导出顶板离层与信号量的关系,利用该关系设计了一种多基点顶板离层指示仪。该仪器在中煤集团马营塔矿进行了实践研究,通过对所得数据进行处理分析,准确地得出了9103回风巷顶板离层情况,该离层指示仪可以测量的最小顶板岩层离层量为0.19 mm,为顶板分类、顶板支护方案的优化等提供了技术支持。     

动力灾害矿井巷道顶板离层特征研究

采用顶板离层观测法,对冲击矿压矿井巷道的顶板离层特点进行实测分析。结果表明:在未采取冲击矿压解危的巷道中测试时,巷道顶板上方深、浅位顶板离层呈非线性变化,离层瞬间发生,深部顶板离层范围20mm～260mm,浅部顶板离层范围22mm～180mm,深、浅部离层稳定时间分别为7～64天和14～58天;在采取冲击矿压解危的巷道中测试时,迎头顶板离层主要发生在上方0～5m位置,离层变化在6～11天趋于稳定,最大离层量1～86mm,高能量“煤炮震动”明显减弱。     

锚杆支护巷道顶板离层机理与监测

提出了广义顶板离层的概念,对锚杆支护巷道顶板离层的主要形式和影响因素进行了分析,并介绍了顶板离层的监测方法及其应用.     

大埋深煤巷顶板离层研究

本文主要研究长壁工作面采区准备巷道顶板的离层。其中包括顶板的最大离层;直接顶的物理力学特征与离层的关系;以及在大埋深高水平应力条件下,巷道掘进期间、成巷回采前(时间效应)和回采期间等采矿活动对顶板离层的影响。根据这些特性对采区准备巷道顶板的离层过程进行了研究,其目的是为了确定顶板离层发生的时间,离层的几何尺寸及离层发生的地质和力学条件等。     

巷道顶板离层方式及主要影响因素

顶板离层过程的研究涉及离层时间、位置、大小及离层的扩展等。分析了离层产生的方式和各参数之间的关系,归纳了影响顶板离层的主要因素。通过对高水平应力条件下采区准备巷道复合顶板的离层过程和机理进行研究,得出了相关结论。     

顶板离层检测的二维地质雷达正演数值模拟

 为了能够识别顶板中的隐藏离层信息,从而为预防顶板事故的发生提供判断依据,运用GprMax地质雷达(GPR)模拟软件对顶板中的离层进行二维正演模拟,并研究顶板离层的地质雷达图像特征。基于时域有限差分(FDTD)原理,建立了不同频率、不同离层厚度、不同介电常数和不同离层深度的四类几何模型并进行正演模拟。最后通过对这四类模拟结果的图像特征进行分析,证明地质雷达正演模拟方法用于顶板离层检测是可行的。     

巷道顶板围岩离层机理及失稳预警技术研究

基于前人研究成果,通过对顶板离层形成机理和力学机理进行分析,结合顶板稳定性安全潜力评价法、顶板离层临界值评价法、离层速度比率评价法,提出了一种巷道顶板失稳综合预警体系。通过采取得当措施来控制顶板,有效降低巷道顶板事故发生的风险系数,为巷道顶板管理提供科学依据,同时也为工作面安全生产提供一些参考。     

沿空留巷锚杆（索）主动支护巷道顶板离层分析

顶板离层是沿空留巷锚杆和锚索支护巷道最大的安全隐患之一,如何有效进行巷内锚杆（索）支护和巷旁支护,是消除巷道安全隐患最有效的措施之一。文中分析了沿空留巷与实体煤巷和沿空煤巷顶板离层形成原因的异同,建立了锚杆（索）主动支护沿空留巷的离层临界力学模计算型;在此基础上,通过简化计算,得出沿空留巷顶板岩梁平衡公式,求解了沿空留巷顶板离层临界值数学表达式;最后根据四川达竹金刚煤矿3117工作面的地质条件,试算了沿空留巷顶板离层值,并在该工作面沿空留设的运输巷进行现场顶板深基点离层实测,实测结果吻合了建立的沿空留巷顶板离层表达式的计算结果,并详细分析了巷道各测区顶板离层的发育规律。为同类型的沿空留巷锚杆（索）支护巷道的工作面沿空留巷的安全留设提供了参考经验,为巷道顶板离层临界值的估算提供了理论计算和实践检验。     

大断面全煤巷道层状顶板离层变形模拟研究

为研究层状顶板在巷道开挖后的离层变形特征,确定顶板离层的准确位置,根据非线性接触理论,针对大宁煤矿大断面全煤巷道层状顶板结构特征,层间接触面采用状态非线性模拟的方法,构建了有限元计算模型,并运用ANSYS计算软件进行了数值模拟．模拟结果表明,大宁煤矿大断面全煤巷道在开挖后离层出现在顶板0．4,1．4,1．8和2．6m深度位置,该计算结果基本与现场观测结果相符．研究结果表明,该计算方法对分析层状顶板变形、离层问题可行,对巷道围岩稳定性评价及支护设计有一定的参考价值．     

基于LabVIEW的煤矿巷道顶板监测系统设计

近10年来,国内煤矿发生致人死亡的顶板事故数千起,占煤矿事故总数接近一半。因此,实时监测煤矿巷道顶板离层的位移及压力,判断顶板离层及围岩的稳固性,及时采取有效的防护措施,对预防顶板事故的发生具有重大的现实意义。本研究基于虚拟仪器的煤矿巷道顶板监测系统利用传感器、分布式测量节点和无线网关组成的无线传感器网络与LabVIEW监测程序,实现了巷道顶板的应力与离层位移数据的采集、存储、预警和查询功能,达到了对巷道顶板实时、动态的监测目的,通过对监测数据的分析,能反映出当前顶板离层结构的健康状态,从而对巷道的安全性与稳定性作出正确及时的评价,及早发现可能发生顶板冒落的区域,及时采取相应措施,避免巷道顶板事故的发生,减少财产损失与人员伤亡。     

FBG顶板离层仪在线监测系统的构建及应用

针对目前顶板离层监测的效率低下、结果滞后、可靠性和准确性差等问题,根据光纤光栅传感原理,通过理论分析、实验室测试及现场试验的方法研制了一种新型高精度FBG顶板离层仪,并在此基础上构建了一种实时在线监测系统。顶板离层仪标定及性能测试结果表明,其具有良好的线性度和较高的灵敏度,线性拟合系数为0.998 3,灵敏度为1.6 pm/mm,可以监测最小约0.63 mm的离层变化。监测系统成功应用于沙曲矿14301轨道巷的顶板离层监测,应用结果表明：由该高精度FBG离层仪组成的顶板离层在线监测系统,具有测量精度高、稳定性好、信号传输距离远、能实现实时动态监测等优点,给巷道顶板离层的长期在线监测提供了一种行之有效的手段。     

锚杆锚索支护巷道层状顶板变形特征及离层监测研究

从分析层状顶板离层特征和顶板离层观测的原理入手,结合现场观测结果,认为两基点离层指示仪的深浅基点应分别设置在与巷道顶板锚索锚杆上端头同一水平位置;各类回采巷道在经受工作面采动影响时,安设深基点的顶板岩层都将产生位移,因此,对锚杆锚索支护巷道进行顶板离层观测的同时,还必须开展巷道顶板下沉量观测,只有把这2种观测结果结合起来,才能准确和客观地评价巷道锚杆锚索支护效果以及巷道的稳定性。在全面分析研究不同顶板岩层赋存条件下锚杆锚索支护巷道的变形与离层的基础上,得到了各类巷道顶板离层的临界值。     

层次注浆工艺在切顶留巷围岩加固工程的应用

针对沿空切顶卸压留巷巷道受断层影响大变形、无法进行常规支护等问题,对巷道表面位移、顶板离层进行监测,得到巷道围岩破碎后变形规律和围岩结构情况|并根据工程需求研发一种以新型无机注浆材料和注浆工艺为核心的层次注浆技术,对留巷巷道进行注浆加固治理。工程实践结果表明：经过层次注浆加固后,围岩变形得到快速控制,顶板下沉量控制在25mm之内,顶板离层量仅为2mm左右|顶板淋水问题得到解决,围岩裂隙得到有效充填加固,留巷巷道变形进入稳定阶段,能够满足后期使用要求。     

基于网络的煤矿巷道顶板离层计算机监测预报系统研究

针对基于网络的煤矿巷道顶板离层计算机监测预报系统进行研究,实现了对于以工业以太网为基础的顶板离层计算机监测系统的开发。这一监测系统的主要作用是对于煤矿回采以及掘进巷道顶板离层进行在线监测,可以有效地避免施工过程中有可能出现的顶板事故。实践证明,这一监测系统符合设计要求,在一定程度上保证了煤矿生产的安全性以及高效性,促进了煤矿企业的可持续发展。     

托顶煤动压巷道顶煤顶板变形机理和加固技术研究

晋能王家岭煤业回采面均采用“两进一回”布置,其中上一工作面辅运顺槽复用作为下一工作面回风顺槽,为托顶煤强烈动压巷道,巷道维护困难,需对其变形特征和变形机理开展研究并提出相应加固设计。通过对动压巷道顶板离层、顶帮变形和支护构件受力的监测,结合顶板岩层窥视,掌握了王家岭煤业托顶煤动压巷道的变形特点,顶板离层主要发生在顶煤范围内。采用数值模拟,研究了顶煤厚度、动压影响程度和不同支护设计等因素对顶煤顶板变形的影响,分析了托顶煤动压巷道顶煤顶板变形机理,认为顶煤厚度和顶煤支护情况直接决定托顶煤变形情况,在巷道支护设计时应充分考虑顶煤顶板支护强度和刚度。根据变形特点和变形机理,结合高预应力锚杆支护技术,提出动压巷道加固设计并在井下实施。实践表明,加固效果良好。     

大断面薄层状顶板回采巷道支护技术

针对曙光煤矿回采巷道薄层状顶板易离层、冒落,两帮收敛严重,底鼓量大,大断面巷道变形破坏严重的现象,根据组合梁理论,采用离散元数值模拟分析了该巷道顶板冒落机理,依据机理需增加巷道支护的护顶面积及加强整体性稳定性,顶板采用300 mm×300 mm×28 mm钢托盘及12号槽钢配合锚网索联合支护,两帮分别采用W钢托板及钢带配合2 000 mm长锚杆支护。观测结果表明支护效果显著,大断面巷道顶底板累计移近量及两帮收敛量分别为179和132 mm,比原有巷道变形减少20%以上。