无煤柱自成巷三维地质力学模型试验系统研制与工程应用EI北大核心CSCD

切顶卸压无煤柱自成巷技术是一种新型煤炭开采方法,利用矿山压力做功与岩体碎胀特性自动形成巷道,实现了煤炭开采无巷道掘进、无煤柱留设。为深入研究无煤柱自成巷开采全过程的覆岩运动机制、矿压显现规律与自成巷变形破坏机制,自主研发了切顶卸压无煤柱自成巷三维地质力学模型试验系统,由反力液压加载系统、自动采煤成巷系统和高精实时监测系统组成。试验系统配备无煤柱自成巷推采、切缝、成巷等核心工艺的成套模拟试验装置,实现无煤柱自成巷采掘留一体化开采全过程的真实模拟与完整工作面矿压规律的监测分析,通过组合式反力装置,可开展5.5 m×2.4 m×3.0 m(长×高×宽)以内不同尺寸模型体的地质力学模型试验。以我国首个N00工法工作面——柠条塔煤矿S1201–II工作面为工程背景,利用该试验系统开展了无煤柱自成巷工艺中最复杂的N00工法的三维地质力学模型试验,揭示了N00工法开采的矿压显现规律,得到了自成巷围岩变形控制机制,明确了自成巷关键破坏部位,提出了相应的工程建议,指导了现场设计与应用。现场试验与模型试验结果相一致,验证了模型试验系统研发与应用的合理性与有效性。     

灰岩角砾岩破碎带涌水综合注浆治理

灰岩角砾岩破碎带涌水是岩溶隧道建设中经常遇到的地质灾害,由于破碎带围岩稳定性较差且具有较强的不均一性,与一般的裂隙岩体涌水相比,其治理难度较大。针对中梁山隧道角砾岩破碎带高压大流量涌水,进行涌水地质分析和含水区域的瞬变电磁探测,对地下水的来源和通道进行深入分析,在此基础上提出并实施先分流泄压后浅层加固、上下分区治理、深部帷幕和堵排结合的综合治理方案,通过选择适当的注浆材料和配套工艺,取得较好的治理效果。为避免注浆压力可能造成的破碎围岩变形和失稳,在注浆过程中进行围岩变形和涌水量的动态监测,结合注浆过程深入分析其变化规律,较好地解决注浆过程中的围岩稳定性控制难题,实现涌水治理的信息化施工。     

单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究

根据声发射引起的扰动振动现象.提出采用单模光纤耦合器检测振动的声发射探测技术.单模光纤耦合传感器耦合输出与传感器耦合区长度和振动频率有确定的函数关系.分析和设计了熔锥耦合型单模光纤声发射振动传感器.搭建了相应的等强度悬臂梁振动监测及解调系统,通过与当前使用的压电振动传感器的室内实验,对比测试冲击信号和周期信号,验证了该传感器能有效实现振动扰动的检测.结合岩石试件破裂实验,进一步验证光纤耦合声发射振动传感器是能实现岩石声发射检测的一种新的检测技术方法.光纤耦合振动传感器以其灵敏度高,制作简单,抗干扰能力强,性价比高,使用简单等优点在其他光纤传感器和传统的电类传感器中,具有不可比拟的应用前景.     

电阻率层析成像法监测系统在矿井突水模型试验中的应用

 为实现矿井突水过程中岩层断裂和渗流通道形成过程的实时监测和前兆信息捕捉,将三维电阻率层析成像法作为一种实时成像监测手段尝试引入到矿井突水模型试验的监测工作中。采用具有自动采集功能的电阻率层析成像监测系统,实现介质电阻率变化数据的实时动态监测。提出优化反演效率的计算方法,利用Cholesky分解法求解电阻率层析成像正演中的大型线性方程组,利用预条件共轭梯度法求解反演方程,由此建立三维电阻率层析成像实时反演方法,实现原始数据的快速反演和动态图像的实时输出。提出以电阻率层析成像法为主,结合原始视电阻率数据分析和关键点数据时程曲线分析的多参数监测分析方法。在试验过程中,利用层析成像法得到防突层裂隙产生、扩展直至贯通的实时动态图像,得到主要裂隙和渗流通道的产生位置、形成过程等信息,与实际情况基本一致。综合3种方法的分析结果,得出防突层发生突水断裂的诱因,并确定捉到确切前兆信息的最早时,该时刻比突水发生时刻提前998 s。模型试验证明,电阻率层析成像系统有效地反映岩层断裂及渗流通道的形成过程,成功地捕捉到一系列前兆信息,为突水灾害的及时预警预报提供重要参考。