基于FBG传感器的回采巷道锚杆支护监测分析

鉴于巷道锚杆支护服役状态安全监测的需求,考虑回采巷道恶劣环境条件和锚杆埋入煤岩后不可见的局限性,基于FBG传感器技术自主研制了锚杆FBG应力传感器.通过实验室标定和现场试验,实现了对回采巷道服役锚杆杆体应力准分布高精度的连续动态监测,从而基于技术手段实现了锚杆支护状态的安全监测.在浅埋薄基岩煤层回采巷道,应用锚杆FBG应力传感器,随工作面推进,监测了周期来压过程中服役锚杆杆体的应力变化.通过对监测数据进行统计分析,综合考虑锚杆布置位置与推进工作面之间的空间联系,揭示了回采巷道服役锚杆安全状态及演化规律.由监测数据发现,顶板、巷帮、顶角顶板、顶角巷帮及底角巷帮锚杆安全状态各不相同,且存在深浅部位锚杆安全状态不同的情况.锚杆杆体的轴力变化值表现为顶板锚杆增加,巷帮锚杆减小,顶角顶板和顶角巷帮锚杆的浅部减小、深部增加,底角巷帮锚杆中间增加、两端减小.对监测结果综合评判表明,回采过程中一旦满足条件,巷帮锚杆会最先破坏而引发安全事故,顶板锚杆最为安全,顶角顶板、顶角巷帮及底角巷帮锚杆相对安全.     

巷道围岩加固体力学特性与稳定性分析

为了给出定量的围岩稳定性评价方法,将锚杆与围岩的复合体等效为围岩加固体,继而建立了深部围岩与加固体力学分析模型,在求得加固体的物理力学参数表达式后,对模型进行了力学分析,提出依靠加固体变形程度来评价围岩稳定性的方法,最后,结合算例对某巷道围岩进行稳定性分析,同时分析了岩体和锚杆参数对围岩稳定性的影响。研究结果表明:通过理论计算得出的巷道洞壁位移以及锚杆轴力与实测值相近,证明了模型的合理性;锚杆支护设计遵循长而疏、短而密的规律,但锚杆长度增加或间排距减小到一定值后,围岩稳定性的增幅在降低;锚杆预紧力与围岩稳定性呈线性变化规律,锚杆弹性模量与直径对围岩稳定性影响较小;该方法能快速、简洁地分析岩体与锚杆参数对围岩稳定性的影响,也能优化锚杆支护参数。     

桥梁施工钢管桩围堰变形安全监测系统应用

为确保钢管桩围堰结构施工安全,本文基于工程建设项目实际设计了围堰变形安全智能监测方案,通过在钢管桩围堰上埋设应力传感器进行变形数据采集与分析,可精确采集钢管桩水平位移、竖向位移和轴力变化,及时对钢管桩围堰变形超限进行预警与预控。通过实证,该智能安全监测系统在深基坑施工中具有较好的实用性。     

大断面巷道中空预应力注浆锚杆的支护效果研究

针对金川矿区大断面巷道在强构造应力作用下围岩变形严重的情况,提出了中空预应力注浆锚杆的支护工艺。通过数值计算得出以下结论:相比传统的普通砂浆锚杆支护工艺,采用中空预应力注浆锚杆支护工艺能够主动加固围岩,提高支护刚度;巷道两帮的变形减小了约14.56%,最大、最小主应力分别降低了4.4%和7.2%,粘结层破坏范围也随之减小。通过对支护后巷道变形监测发现:两帮最终变形量减小了约36.6%;通过抗拔实验,中空预应力注浆锚杆的抗拔力达到140kN,远大于普通砂浆锚杆的40kN抗拔力,中空预应力注浆锚杆有更好的支护效果。     

特厚泥质顶板巷道锚杆支护关键参数识别与应用

为分析特厚泥质顶板巷道锚杆支护参数的敏感性,以黄岩汇煤矿15107工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算与现场工业试验方法,研究锚杆长度、锚杆间距、锚杆预紧力、锚索长度、锚索间距和锚索预紧力等支护参数对巷道稳定性的影响;并建立巷道顶板力学模型,给出锚索间距的确定方法。研究发现,影响特厚泥质顶板巷道稳定的锚杆支护参数敏感性排序为:锚索间距锚杆预紧力锚索预紧力锚杆长度=锚杆间距锚索长度,锚索间距是影响特厚泥质顶板稳定性的最敏感因素。现场应用结果表明:合理确定锚索间距可以有效控制该类巷道的变形破坏。     

锚杆支护巷道安全监测技术

锚杆支护巷道顶板冒落具有突发性和冒落面积大的特点 ,安全监测非常必要。笔者介绍了国内近年来最新研制的CM— 2 0 0型测力锚杆、GYS— 30 0型锚杆 (索 )测力计、LBY— 3型顶板离层指示仪、ZW— 4型遥测多点位移计等监测仪器 ;提出锚杆支护巷道动态信息施工方法 :监测施工、监测信息反馈、检验和修正设计 ,循环往复 ,以达到最佳施工效果。     

深埋煤矿巷道锚杆支护设计探讨

合理有效的锚杆支护理论是巷道支护设计的关键.以岩石具有自稳能力为前提,对巷道开挖后岩体不稳定区域进行了划分,以此作为锚杆支护设计的参照标准.以白羊岭煤矿东翼回风大巷为例,进行了相关锚杆支护设计.数据监测表明,该支护设计方法合理可行,具有推广价值.     

锚网索梁支护技术在松软突出煤层巷道中的应用

针对渝阳煤矿松软破碎突出煤层的支护难点,计算设计了锚杆和锚索的长度、间排距、锚固长度及锚固力等参数,并在2810回风巷进行了锚网索梁联合支护试验,矿压监测结果表明,锚网索梁支护后巷道顶底移近量、两帮移近量和顶板离层量都远小于架棚支护巷道,锚杆和锚索的锚固力都达到了设计值。研究表明,锚网索梁支护方式能够应用于松软突出煤层,可提高煤巷围岩控制效果。     

基于光纤光栅的斜拉索振动参数监测实验研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件 ,对其动力特性进行监测具有重要意义。斜拉索工作条件恶劣 ,现有的测试方法难以实现长期在线监测 ,实现斜拉索的振动在线测量 ,传感器是问题的关键。光纤光栅传感器具有极其优良的稳定性 ,已被证实适用于长期监测 ,在结构监测领域具有非常广泛的应用前景。笔者提出了一种基于光纤光栅传感器的斜拉索动力特性在线监测方法 ,建立了用光纤布拉格光栅作传感器监测斜拉索振动的测量模型 ,为验证该模型建立了模拟试验装置 ,在实验室进行了模拟实验研究 ,并将光纤光栅和传统的电阻应变片两种测量方法进行了实验对比。与传统测试手段相比 ,该方法结构简单 ,成本低 ,并能实现斜拉索动力特性的长期在线监测。     

巷道蝶叶塑性区顶板冒落特征与层次支护研究北大核心CSCD

针对巷道蝶叶塑性区顶板破坏深度大、变形剧烈、冒顶事故频发等问题,综合现场调研、理论分析、数值模拟等方法,考虑巷道顶板不同服务阶段的变形破坏特点,研究分析了巷道顶板破坏失稳机理和不同层位顶板的控制要点,提出了以冒顶控制为主的顶板层次控制技术,阐明了辅助支护材料、普通长度锚杆、接长锚杆、长锚索对不同层位顶板的层次控制原理。据此,在保德矿81306工作面回采巷道蝶叶塑性区顶板进行了层次支护设计,并进行了顶板下沉量和接长锚杆支护力监测,结果表明:以冒顶控制为主的巷道顶板层次支护体系较好的维护了顶板整体稳定,保证了巷道安全与正常服务。     

声发射检测灵敏度校准声源实验分析

在声发射技术的应用中,传感器的工作频率和灵敏度对AE检测的结果具有决定性的作用,传感器的校准是AE定量研究的基础,也是声发射检测技术研究中的重要课题。根据二级校准的相关要求设计了三个不同声源的实验:落球、断铅和压断毛细玻璃管法。通过重复性实验,测量了不同大小的钢球从不同高度下落;不同粗细、硬度以及不同长度的铅芯的断裂;不同粗细的毛细玻璃管被压断产生的脉冲声源,分别比较以上三个实验在不同状态条件下产生的脉冲声源信号,分析其实时特征和频谱特征(峰值,上升时间),通过计算确定其不确定度和稳定度,总结优化操作方法,同时分析了实验误差。在此基础上得出最适合做声发射传感器灵敏度校准的脉冲声源,为声发射传感器校准中的参考声源提供性能评判的依据。     

基于Matlab优化工具箱的煤巷顶板锚杆支护结构可靠性分析

针对煤巷围岩力学参数中有许多为随机变量的特征,根据围岩稳定性极限状态方程,应用工程结构可靠性理论,分析煤巷顶板锚杆支护结构的可靠性,建立基于Matlab优化工具箱的可靠度计算模型。该法编程简单,计算速度快,精度高,程序通用性强,是一种计算煤巷锚杆支护结构可靠度的有效方法,并且分析该法计算结构可靠度的适用条件,建立了巷道顶板支护参数与可靠度的关系曲线,为煤巷锚杆支护参数设计和优化提供了科学依据。     

树脂锚杆锚固长度声波探测技术及数值试验

针对煤岩巷道锚杆支护锚固失效引起的冒顶问题,建立了煤岩巷道顶板锚杆树脂锚固模型,采用数值模拟的方法对不同锚固方式下树脂锚杆的波导特性进行研究,得到了不同锚固长度与树脂锚杆激振响应特性曲线。通过对比分析,研究得出无论何种锚固方式,检测结果与实际锚固长度的误差大约在1%-6%,同时可采用修正补偿的方法降低检测误差。研究结果得出:采用应力反射波法检测树脂锚杆的锚固长度是一种行之有效的无损检测方法,可实现树脂锚杆锚固长度的便携、准确检测提供技术支持。     

加卸荷条件下岩石力学特性与声发射特征

为了探究真三轴复杂应力变化条件下岩石强度及破坏模式,通过真三轴卸荷扰动测试系统对砂岩试件进行不同第二主应力加卸荷试验,讨论在加卸荷过程中岩石的力学特性及声发射特征。试验结果表明:第二主应力的增加对试件的承载能力起到先增强后弱化的效果;不同第二主应力加卸荷声发射能量及累计振铃计数变化趋势大体一致,耗散能量比在载荷达到岩石损伤强度时突增;声发射能量峰值提前于试件轴向应力跌落,声发射能量和累计振铃计数大幅突增可作为岩石破坏的前兆;在低载荷下岩石中活动主要是裂隙压密与发育,在达到岩石损伤强度后岩石中的活动主要是裂纹贯通形成破裂面,砂岩试件声发射定位点集中区域与试件主要破裂面基本吻合。     

压力管道泄漏声发射源定位的实验研究

结合实验室声发射仪和油气管道设备,建立了充气管道泄漏声发射检测系统模型,分别在传感器间距、管道压力和泄漏量三种变化状态下进行了泄漏源定位影响实验。对管道泄漏声发射信号的时域统计特征、频域分布特征以及泄漏信号的相关性作了分析;从声信号能量累计和衰减特性方面对互相关定位法和幅度衰减测量区域定位法的可行性进行了计算,表明在传感器间距较小和泄漏量较小的状态下,在背景噪声较小的环境中,用互相关法具有较好的定位精度;而幅度衰减测量区域定位方法对泄漏源的定位误差较大。     

浅埋厚煤层回采巷道围岩破坏分析及支护优化

为解决神东矿区浅埋厚煤层回采巷道围岩变形量大、巷道维护效果不佳等问题,以神东矿区某矿105工作面胶运顺槽为工程实例,综合利用理论分析、数值模拟和现场实测方法,对巷道围岩破坏机制和围岩应力状态进行分析并对巷道支护方案进行优化。结果表明:巷道支护的主要对象是巷道塑性区内圈松散破碎煤岩体;巷道顶板、副帮、正帮松动破坏范围分别为3.42 m、1.51 m、1.36 m;巷道锚杆锚固段未全部处于深部稳定煤岩体中,锚杆锚固能力未得到充分发挥,是导致巷道围岩变形量大、锚固失效的根本原因。基于巷道围岩松动圈实测和数值分析结果,对巷道支护方案进行优化,现场应用表明,巷道支护方案优化后,锚杆支护作用得到充分发挥,巷道表面位移降幅明显,巷道维护效果得到明显改善。     

Experimental study on non-destructive testing of rock bolts based on pseudo-random signal

The quality of rock bolt anchoring is closely related to the stability and safety of underground engineering and slope protection. In this paper, non-destructive testing of rock bolts is proposed based on pseudo-random signal, owing to the deficiencies of the conventional detecting method of stress wave reflection. The characteristics of pseudo-random signal for non-destructive testing of rock bolts are introduced. And the rock bolts are tested in the experiment, the time of reflection wave is identified and the length of rock bolts is calculated through cross correlation analysis between the extracted wavelet signal and the test signal. It is proved that the testing results of non-destructive testing methods based on pseudo-random signal are of low deviation. The experiment has shown that non-destructive testing of rock bolts based on pseudo-random signal is feasible with high precision.     

近距离煤层大断面切眼支护稳定周期分析

在近距离煤层群的下行开采中,上位煤层的回采直接影响到下位煤层开切眼围岩的应力分布、破坏规律以及围岩的运移规律,从而影响到切眼的支护方式。为了分析下位煤层工作面切眼锚杆支护的稳定周期,利用基于三维显式有限差分法的计算工具Flac3D,以矿井近距离煤层工作面10603的切眼支护为工程实例,对比分析了上位煤层开采后,切眼围岩在支护前和支护后的应力分布、破坏规律和运移规律。结果表明,切眼进行锚杆支护后,应力集中带及影响范围都减少了50%,围岩剪应力由支护前的2.5 MPa降低到支护后的0.6 MPa,围岩塑性区域比支护前减少了40%,有效地控制了围岩的破坏,且切眼顶底板稳定周期为26天,两帮稳定周期为28~30天。     

Quantitative sensitivity and reliability analysis of sensor networks for well kick detection based on dynamic Bayesian networks and Markov chain

Kick is considered as an early warning sign to the blowout that is among the most undesired and feared accidents during drilling operations. Kick detection system is commonly used to timely identify the occurrence of a kick. The method commonly used for kick detection relies on the proper selection of monitoring indicators. A kick detection system should not only have very high accuracy but also maintain reliable over a long time. Different from the existing studies focusing on improving the detection accuracy, this paper presents a frame emphasizing on quantitatively analyzing and enhancing the reliability of the kick detection sensor networks. The dynamic Bayesian network (DBN) for the sensor networks is established that employs Markov chain to obtain the reliability degradation of measurement sensors over time. The proposed method is applied and evaluated by case studies to conduct reliability and sensitivity analysis for kick detection sensor networks. The reliability analysis results demonstrate that the proposed method can quantitatively analyze the reliability of a kick detection sensor networks consisting of various sensors over given time periods. The sensitivity analysis results indicate that the proposed method is effective in identifying the critical sensors that have the greatest effect on the reliability of one certain kick detection system. Based on the analysis results, optimized logical combination of sensors of a kick detection system can be achieved. An improved sensor network for the unreliable case was proposed and evaluated.     

基于BP神经网络的岩石损伤声发射事件源定位研究*

工程岩体一般包含大量的节理、裂隙等各类缺陷,利用AE技术可以对缺陷进行定位,但仍然有很大误差。为进一步减小AE定位误差,确定缺陷位置,做好安全预警工作,研究提高岩石声发射定位精度的优化方法。利用断铅实验模拟产生声发射信号,将声发射信号特征参数中的幅值、能量、振铃计数以及到达时差作为输入,断铅点真实坐标作为输出,构建BP神经网络模型,并通过实验确定最优隐含层数等参数,最后通过交叉学习训练交叉预测得出断铅点坐标,并与基于到达时差的传统定位法以及考虑材料各向异性条件下的波速优化算法进行对比。结果表明:BP神经网络算法与传统方法相比,板状岩石声发射定位的误差显著减小,定位精度提高;岩石试件定位误差的误差波动更为平稳,有效改善了声发射源位置对定位效果的影响。本方法为岩石缺陷的精确定位提供了1种较好的技术手段。