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冲击地压煤层钻孔应力计-围岩耦合规律研究

冲击地压煤层钻孔应力计-围岩耦合规律研究

作者：李祺隆中国矿业大学

学位级别：硕士

随着我国煤矿开采深度及强度不断增加,冲击地压灾害日趋严重,采动应力监测是冲击地压危险评价与预警的重要方法,钻孔应力计与围岩耦合规律研究能提高采动应力监测精度,对冲击地压防治具有重要意义。本文以张双楼煤矿23908工作面为工程... 详细信息

随着我国煤矿开采深度及强度不断增加,冲击地压灾害日趋严重,采动应力监测是冲击地压危险评价与预警的重要方法,钻孔应力计与围岩耦合规律研究能提高采动应力监测精度,对冲击地压防治具有重要意义。本文以张双楼煤矿23908工作面为工程地质背景,运用理论分析、数值模拟、室内试验等方法研究煤层力学属性与钻孔应力计的耦合响应规律;通过现场实测,得到冲击危险工作面采动应力变化规律,构建应力监测预警方法与指标,并确定指标临界值。主要研究成果如下:(1)运用综合指数法对23908工作面进行冲击危险性分析,工作面回采期间冲击地压危险综合指数W=0.57,具有中等冲击危险;经分段定级划分,工作面两道“初次见方”影响区域、材料道“二次见方”影响区域为强冲击危险区。(2)实验室研究了初始应力值及围岩性质对采动应力监测结果影响。结果表明:试样破坏过程中,应力计监测压力曲线变化趋势类似,都呈现先保持不变后缓慢增长最后快速上升的趋势;应力计初始应力值为1MPa时,监测结果优于0.5MPa和1.5MPa;相同加载条件下,应力计监测压力值随着围岩弹性模量的增加而减小,实际采动应力可根据应力计监测压力值及围岩与应力计弹性模量的比值估算。(3)利用ABAQUS数值模拟软件,探究了松动圈、应力计刚度及应力计与围岩的接触关系等对采动应力监测结果的影响规律。结果表明:相同加载条件下,随着松动圈范围增大,应力计监测压力值减小;随着应力计刚度增高,应力计监测压力值增大,但增大的速度的是减小的;当应力计和钻孔之间存在空隙时,应力计监测压力值随着加载压力的增加呈先保持不变后增大的趋势,且随着应力计与围岩的空隙增大,应力计监测压力值减小。(4)通过张双楼煤矿23采区地应力以及23908工作面采动应力现场实测,分析了23采区地应力特征及应力计在采动支承压力作用下的响应规律。结果表明:张双楼煤矿23采区最大主应力范围为30.71MPa～33.09MPa,属于超高应力区,方向总体上为北西-南东向;工作面“见方”阶段超前支承压力初始影响范围约为工作面初采及正常推进阶段的1.2倍,剧烈影响范围约为其它两阶段的2.4倍;针对23908工作面材料道和溜子道,浅孔及深孔应力计的应力预警阈值分别为10MPa和11MPa,应力变化率预警阈值分别为2.5MPa/d和3MPa/d。该论文有图58幅,表24个,参考文献94篇。

关键词：冲击地压采动应力钻孔应力计数值模拟应力在线监测

基于光纤光栅钻孔应力计的巷道围岩采动应力监测系统开发与应用

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基于光纤光栅钻孔应力计的巷道围岩采动应力监测系统开发与应用

作者：邢晓鹏中国矿业大学

学位级别：硕士

在煤矿安全开采中,岩体应力状态研究对揭示巷道围岩应力场的分布特征及演化规律和研究煤岩动力灾害和巷道支护设计至关重要。本文以先研制传感器和开发传感系统后进行现场应用和效果评价为主线,依次进行了光纤光栅钻孔应力计的设计与研... 详细信息

在煤矿安全开采中,岩体应力状态研究对揭示巷道围岩应力场的分布特征及演化规律和研究煤岩动力灾害和巷道支护设计至关重要。本文以先研制传感器和开发传感系统后进行现场应用和效果评价为主线,依次进行了光纤光栅钻孔应力计的设计与研制和光纤光栅采动应力监测系统的开发、应用和应用效果验证。通过理论分析建立了钻孔围岩力学模型,对围岩—钻孔应力计相互作用进行力学分析,结果表明增加应力计初始应力和伸缩性能可以改善监测精度。结合光纤光栅传感原理和其传感特性,对管状结构和囊状结构光纤光栅钻孔应力计进行了结构设计和性能测试,证明其初始应力不足和伸缩性能不够等缺陷的同时提出一种更优的分级组合体结构钻孔应力计。为了进一步改善传感效果,设计了一种“膜片结构+连接杆”式光纤光栅压力计,通过性能测试和仿真分析证明其具有良好的线性度和工作重复性。基于光纤光栅钻孔应力计开发了一种光纤光栅采动应力监测系统,在开放化、集成化和智能化的设计理念下,完成了多平台分工协作设计和模型设计,将其分为了硬件系统和软件系统并进行了结构设计,使系统具有实时数据显示和历史信息查询等特点。将系统用于现场巷道围岩支承压力监测中,并用数值模拟得出巷道围岩支承压力分布曲线,将二者结果进行比较得出:现场实测和模拟的巷道围岩支承压力分布趋势相近,规律相似,以此证明了系统设计合理,性能稳定可靠,达到了现场监测的预期效果并实现了成功运行。

关键词：光纤光栅钻孔应力计监测系统现场应用数值模拟

关于钻孔应力计初始应力值与围岩应力变化的试验研究

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土木工程 2019年第6期8卷 1061-1068页

作者：钟诗颖贵州理工学院采矿工程学院贵州贵阳

本文针对在实际生产及测量过程中存在的问题,为提高钻孔应力计监测精度,对钻孔应力计初始应力值设定与围岩应力变化关系进行试验研究。采用液压钻孔应力计模拟不同初始应力值的情况下的相对应力值,并对数据进行分析,得出当初始应力值设... 详细信息

本文针对在实际生产及测量过程中存在的问题,为提高钻孔应力计监测精度,对钻孔应力计初始应力值设定与围岩应力变化关系进行试验研究。采用液压钻孔应力计模拟不同初始应力值的情况下的相对应力值,并对数据进行分析,得出当初始应力值设置越大,对应围岩应力数值越大,“围岩应力”与钻孔应力两者压力差值虽然成正态递增,但两者压力差值与线性比值都逐渐增大,系数范围参考值在1.15~1.4之间,初期系数较小,后期系数变大。通过采取试验研究,能够有效的提高围岩相对应力的监测精度。

关键词：钻孔应力计初始应力围岩应力相对应力

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新型钻孔应力计研制及现场应用

陕西煤炭 2012年第2期31卷 77-79页

作者：徐晓寒徐文全陕西陕煤黄陵矿业公司陕西黄陵727307 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221008

为满足煤矿等地下工程采动应力测量的需要,研制了一种新型钻孔应力计,在神火集团梁北煤矿11061工作面进行了现场试验。通过11采区的原岩应力测量、11061工作面的电磁辐射测试及采动过程的数值模拟验证,表明新型钻孔应力计可为巷道支护... 详细信息

为满足煤矿等地下工程采动应力测量的需要,研制了一种新型钻孔应力计,在神火集团梁北煤矿11061工作面进行了现场试验。通过11采区的原岩应力测量、11061工作面的电磁辐射测试及采动过程的数值模拟验证,表明新型钻孔应力计可为巷道支护、维修等工作及预测冲击矿压等煤岩动力灾害提供可靠、准确的应力数据。

关键词：钻孔应力计采动应力电磁辐射数值模拟煤岩动力灾害

基于MPU6050的高精度钻孔应力计安装杆设计

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电子技术与软件工程 2021年第10期 59-61页

作者：朱凯张艳东济宁矿业集团有限公司安居煤矿山东省济宁市272100

本文为了解决钻孔应力计在煤岩层中安装角度偏差引起的测量误差问题,提高应力计测量数据的可靠性,设计了一种专用的应力计安装杆。该安装杆由应力计连接头、延长杆和手持显示器三部分组成。在应力计连接头中嵌入MPU6050姿态传感器实时... 详细信息

本文为了解决钻孔应力计在煤岩层中安装角度偏差引起的测量误差问题,提高应力计测量数据的可靠性,设计了一种专用的应力计安装杆。该安装杆由应力计连接头、延长杆和手持显示器三部分组成。在应力计连接头中嵌入MPU6050姿态传感器实时获取姿态数据,并将姿态数据通过CAN总线发送至手持显示器,使安装人员能够在远端观察应力计实时姿态角,及时调整应力计安装角度,实现应力计精准安装。实际应用表明,该方法可大大减少因应力计安装姿态而产生的煤岩应力监测误差,对提升矿井冲击地压危害防治水平具有重要意义。

关键词：钻孔应力计安装杆姿态传感器 CAN总线手持显示器

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应力监测钻孔合理尺寸及其影响因素

金属矿山 2015年第6期44卷 48-51页

作者：王悦平杨岱松李刚强华北科技学院安全培训部河北三河065201

以服务于煤矿生产监测监控以及科学研究的钻孔为研究对象,以用于应力测量的钻孔为例进行分析,依据Kirsch推导结果,确定钻孔选取直径时不宜大于钻孔许用直径;根据计算推导结果,分析钻孔直径选取范围主要受钻孔受力状况、围岩力学性质以... 详细信息

以服务于煤矿生产监测监控以及科学研究的钻孔为研究对象,以用于应力测量的钻孔为例进行分析,依据Kirsch推导结果,确定钻孔选取直径时不宜大于钻孔许用直径;根据计算推导结果,分析钻孔直径选取范围主要受钻孔受力状况、围岩力学性质以及安装条件的影响因素,以此提出钻孔参数选取原则。同时,这种钻孔参数的选取方法为其他监测监控以及科学研究设备仪器的研究开发提供理论参考。

关键词：钻孔直径钻孔应力计钻孔许用直径

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综采工作面煤体支承压力理论与实测分析

煤炭工程 2013年第S1期45卷 98-99页

作者：王肇东中国煤炭科工集团北京100013

通过对石窑店煤矿215205综采工作面超前煤体及区段煤柱应力进行实测和理论分析,掌握了该条件下煤体应力分布特征。结果表明:该工作面超前支承压力峰值位于煤壁前方3～4m,影响范围约10.25～13.5m,工作面所留设20m区段煤柱可以满足支护要... 详细信息

通过对石窑店煤矿215205综采工作面超前煤体及区段煤柱应力进行实测和理论分析,掌握了该条件下煤体应力分布特征。结果表明:该工作面超前支承压力峰值位于煤壁前方3～4m,影响范围约10.25～13.5m,工作面所留设20m区段煤柱可以满足支护要求。所得成果对类似地质条件下工作面超前支护范围和煤柱合理留设有指导作用。

关键词：超前支承压力煤体应力煤柱尺寸钻孔应力计