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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

区段煤柱变形光纤光栅监测应用研究

2024-04-01



本论文创新点



1、将光纤传感技术应用于区段煤柱稳定性现场实测,实现区段煤柱长时智能监测,获得大量实测煤柱水平应变数据;提出区段煤柱变形破坏的光纤光栅表征方法,揭示了区段煤柱变形的时空演化规律。

2、通过获取的光纤光栅应力应变数据,给出了工作面开采过程中,从进遗留煤柱到出遗留煤柱的三个阶段时区段煤柱的应变变化情况。验证了工作面回采经过上覆遗留煤柱时区段煤柱变形的阶段性特征。

3、给出了区段煤柱变形演化阶段、水平应变变化等参数,在塑性破坏区用光纤光栅应变增速可直接反映区段煤柱内部应力变化过程和变形的剧烈程度。为实现区段煤柱的长距离、大范围内部变形监测提供了新思路,提升煤矿井下煤柱稳定性监测的信息化水平,对煤柱变形预测预报,有效避免煤柱失稳对安全生产的威胁有借鉴意义。

题 目



区段煤柱变形光纤光栅监测应用研究


作 者



   
柴敬1,2,王佳琪1,杨健锋1,高登彦3,高奎英3,陈建华3,刘泽宇1,杨磊1
单 位



1.西安科技科技大学 能源学院

2.教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室

3.国家能源集团 神东煤炭集团


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摘   要



针对近距离煤层下伏工作面过上覆遗留煤柱时,发生动静载叠加诱发强矿压显现,导致区段煤柱发生变形失稳造成人员伤亡和设备破坏的现象。为探索基于光纤光栅实时监测区段煤柱变形发育特征,分析进、出遗留煤柱阶段矿压显现机理,将 FBG、光栅应力计的光测方法相结合,以现场实测的区段煤柱变形应力应变参量变化,研究煤柱应变空间分布规律及回采过程中工作面前方煤柱内部应变时域响应特征,验证了光测方法对煤体水平应变观测的可行性。结果表明:工作面回采经过上覆遗留煤柱期间,区段煤柱顶板受集中应力影响,上部岩层块体破断并发生回转导致煤柱载荷增加,随着工作面推进覆岩断裂进一步向上传递,关键层断裂回转发生工作面来压,最终导致下伏工作面的区段煤柱变形失稳。根据现场光栅应变增量幅度来判断煤柱内局部变形的剧烈程度,在集中应力作用下,区段煤柱变形时的最大水平应变量,煤柱水平应变峰值位置在煤柱宽度 11.5 m处,沿煤柱宽度方向应变表现出先增加后减小然后趋于稳定的趋势,应变随采动过程中影响范围在 5 m 左右。综合工作面回采经过上覆遗留煤柱时的区段煤柱发生变形失稳的特点和规律,以及水平应变变化和煤柱物理力学性质,得到煤柱破坏的前兆特征,在外力作用下达到变形峰值前对煤柱提前进行卸压和防护的安全处理。








作者简介





    
柴敬

教授

博士生导师

柴敬,男,1964年1月生,中共党员,博士,二级教授,博士生导师,“胡杨学者”特聘教授。现任学校第七届学术委员会委员、第八届学位评定委员会委员,能源学院教授委员会主任,《采矿与岩层控制工程学报》、《采矿与安全工程学报》编委。曾任校研究生部主任,学科建设办公室主任,能源学院院长,矿业工程一级学科带头人,第六届学术委员会秘书长。曾兼任中国岩石力学与工程学会第七届理事会理事、陕西省岩土力学与工程学会常务理事、中国煤炭工业协会和中国煤炭学会委员、陕西省学位与研究生教育学会委员等职。现兼任中国岩石力学与工程学会工程安全与防护分会、软岩分会、地质与岩土智能监测分会理事,陕西省岩土力学与工程学会监事会副监事长,曾兼任中国岩石力学与工程学会理事、中国煤炭工业协会和中国煤炭学会委员等职。




研究方向


矿山压力与岩层控制、实验岩石力学、光纤传感智能监测
主要成果



 

2003年在国内首次将光纤传感技术应用于实验岩石力学和煤矿监测领域,“光纤传感地层分层沉降仪关键技术研究”获得国家自然科学基金委科学仪器专项基金项目资助;在相似模型试验测试技术方面,形成光纤传感测试体系和实验平台,建立了关键层变形破坏及结构演化的光纤频移动态响应关系,取得创新性成果。主持国家自然科学基金4项,高校博士点专项基金、省部基金和横向课题多项;获省部级科技进步奖10项,省级教学成果奖3项,发表学术论文220篇,SCI、EI收录85篇,三高论文6篇,领跑者F5000论文1篇,专利50余项。指导的博士生获陕西省优秀博士学位论文 2篇。

引用格式




柴敬,王佳琪,杨健锋,等.区段煤柱变形光纤光栅监测应用研究[J].煤炭科学技术,2024,52(01):126-137.

CHAI Jing,WANG Jiaqi, YANG Jianfeng, et al. Research on the application of fiber bragg grating monitoring for deformation of coal pillar in sections[J]. Coal Science and Technology, 2024, 52(1): 126-137.

END

责任编辑:常    琛

整       理:冯春晖

审       核常   琛

  责任编辑:宫在芹
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