济三矿风井厚松散层沉降变形光纤光栅监测方法VIP专享VIP免费

第38卷第5期煤炭科学技术Vol138No152010年5月CoalScienceandTechnologyMay2010济三矿风井厚松散层沉降变形光纤光栅监测方法柴敬1,董梁1,李毅1,刘金瑄1,朱磊2,张广文3,杨建华3(11西安科技大学能源学院,陕西西安710054;21中煤西安设计工程有限责任公司,陕西西安710054;31兖州煤业股份有限公司,山东邹城272100)摘要:为了准确预测深厚松散层深部层位因失水压缩变形,分析总结了松散层不同深度黏土层和砂层的失水特征、压缩变形特性,采用松散层钻孔植入式光纤光栅监测系统,对济三矿风井处第四系松散地层104)180m段埋设的18个光纤光栅传感器进行了长期的实时监测,由光栅传感器监测的松散层应变得出了各层位的压缩变形量。监测结果表明,松散层下组的厚砂砾层是产生主要压缩变形层,可塑状态的厚黏土层也有较大压缩变形,其余层位压缩变形小。下组厚砂砾层和厚黏土层是重点监测层位,为深钻孔植入式光纤光栅监测系统监测设计提供了依据。关键词:松散层沉降变形;砂层;黏土层;光纤光栅中图分类号:TP212文献标志码:A文章编号:0253-2336(2010)05-0013-04MonitoringandMeasuringMethodwithOpticalFiberandOpticalGratingforThickLooseStrataSubsidenceandDeformationinMineVentilationShaftofJisanMineCHAIJing1,DONGLiang1,LIYi1,LIUJin-xuan1,ZHULei2,ZHANGGuang-wen3,YANGJian-hua3(1.SchoolofEnergy,Xi.anUniversityofScienceandTechnology,Xi.an710054,China;2.ChinaCoalXi.anDesignEngineeringCorporationLimited,Xi.an710054,China;3.YanzhouCoalMiningGroupCorporationLimited,Zoucheng272100,China)Abstract:Inordertoaccuratelypredictthecompacteddeformationduetowaterlostinthedeeplayerofthethickloosestrata,thepaperanalyzedandsummarizedthewaterlostfeaturesandcompacteddeformationfeaturesofthedifferentdepthclaylayerandsandlayeroftheloosestrata.Theopticalfiberandopticalgratingmonitoringsystemintheboreholeoftheloosestratawasappliedtothelongtermreal-timemonitoringandmeasurementwith18opticalfiberandopticalgratingsensorssetinthe104)180msectionoftheQuaternarysystemloosestrataatthemineventilationshaftofJisanMine.Theopticalgratingsensorswouldmonitorandmeasurethecompacteddeformationsateachlayerofthestrainsintheloosestrata.Themonitoringandmeasuringresultsshowedthatthethickgravellayer-lowgroupoftheloosestratawasthemaincompacteddeformationlayeroccurred,theplasticstatethickclaylayerhadahighcompacteddeformationandtherestlayershadasmallcompacteddeformation.Thelowgroup,includingthethickgravelandthickclaylayerwasthekeymonitoringandmeasuringlayers,whichcouldprovidethereferencestothedesignoftheopticalfiberandopticalgratingmonitoringandmeasuringsysteminthedeepborehole.Keywords:loosestratasubsidenceanddeformation;sandlayer;claylayer;opticalfiberandopticalgrating基金项目:国家自然科学基金资助项目(50774060);陕西省重点实验室科研资助项目(08JZ42)1概述我国华东地区淮北、淮南、大屯、徐州、兖州、永夏等矿区普遍具有深厚新生界松散地层,自20世纪80年代以来,这些区域的矿井相继有上百个井筒发生了变形破坏,周围松散层失水后产生固结压缩是造成井筒变形破坏的主要原因[1-2]。这种地质灾害,轻者造成井壁变形破裂、渗水,重者造成卡罐、涌水涌砂,甚至停产(如张双楼矿、海孜矿、临涣矿均停产2~8个月),给煤矿生产带来了严重的安全隐患,成为我国建井界建国以来遇到的最大的、影响最深远的技术难题之一。认识不同层位的失水压缩变形规律,选择合理的立井井壁破坏监测层位非常重要。许多学者通过现场实测、土工试验和模拟试验等多种方法对厚松散层进行了研究,分析了深部土层的物理及力学特性,得出深132010年第5期煤炭科学技术第38卷部黏土层具有与浅部不同的压缩特性,以及厚松散层底部含水砂层为主压缩层等基本结论[3-4]。在已有研究的基础上,采用最新研制的深钻孔植入式光纤光栅传感监测系统实施监测,获得长期、连...