砂土压缩变形传感光缆耦合试验分析与预测模型研究

灾害监测、预测是地质与岩土工程领域一项极为重要的任务。分布式光纤传感技术凭借其连续、实时、抗干扰、稳定性好等优点在长距离、长周期、高隐蔽性、强突发性的灾害监测中发挥了显著的作用。然而,针对不同工程问题,评价与解决传感光缆与被测岩土体协调变形问题,是精细化分析岩土体变形分布与研究演化规律的关键所在。利用自主研制的三维主动变形可控围压光缆-砂土耦合试验装置,探究了0~4.0MPa围压条件下金属基索传感光缆与粗砂介质压缩变形的协调性问题。试验结果表明:低围压条件下金属基索传感光缆与砂土压缩变形协调性较差,变形表现为非线性变化特征;随着围压增大,传感光缆与砂土耦合效果提高,变形呈现线性变化特征,当围压达到1.6MPa后,两者协调变形一致性明显提高,其形变由非线性向线性转变。基于上述变形特性,提出了一种围压曲面投影数值模型,采用非扭结边界条件的样条插值算法对非试验数据实际位移进行预测,结果表明该模型具有较好的可靠性。试验研究认为金属基索光缆用于高围压条件下砂土变形测试具有更高的准确性,研究内容可以为分布式光纤传感测试技术用于深部地层变形监测提供科学的参考依据。

富油煤原位热解地质环境影响与地质保障技术

【目的】富油煤作为一种集煤、油、气为一体的特殊非常规油气资源,通过原位热解可转化为高附加值焦油、可燃气及半焦固体燃料等,具有解决传统煤炭工业发展过程中绿色开发、清洁低碳利用难题的潜力。在减少煤炭开采污染、提高能效利用等方面,为碳达峰碳中和(“双碳”)目标的实现提供了新的解决方案,也为我国寻求油气资源战略依赖突围提供了重要路径参考。然而,目前国内富油煤地下原位热解的研究仅限于少数先导性试验研究,对于富油煤原位热解的地质环境影响研究与全生命周期地质保障技术探索亟待开展。【方法】基于富油煤开发原位热解的地质环境扰动响应特征,重点探讨了富油煤原位热解对热解区岩体变质、覆岩损伤变形、地下水扰动、地表沉降及地表生态环境等方面的影响,总结了富油煤原位热解地质条件评价与过程监测主要内容和测试技术,梳理了富油煤原位热解地质保障面临的挑战。同时,结合理论研究、技术方法、感测装备、传感单元、数据解译、多源信息融合和工程实践等内容认识,提出了构建富油煤原位热解地质保障技术体系的思考。【结果和结论】分析认为,在富油煤原位热解的新型资源转化利用模式条件下,迫切需要研发与之相匹配的地质保障技术,制定完整的开发、设计、施工、评价方法和标准,以规范和引导富油煤热解技术的发展与应用。此外,还需要在充分挖掘和利用富油煤油气资源固有优势的基础上,积极推动富油煤清洁利用技术的研发创新、安全生产标准的提升以及生态环境保护的深度融合,为煤炭工业实现绿色转型和高效可持续发展提供全面的战略对策与保障。

采煤沉陷松散层变形研究现状与分析

开采沉陷是煤炭资源井工开采所面临的主要环境地质问题,其中松散层变形是东部高潜水位矿区生态修复和西部生态脆弱区保护所关注的重点,获得沉陷变形参数对推动开采减损、生态环境保护与修复有着重要的指导意义。借助CiteSpace文献计量软件,基于中国知网(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)数据库进行可视化分析,通过对该研究方向近30年主要研究力量、研究热点和现状趋势量化统计与分析,详细地阐述了该方向的研究现状,简要概述了沉陷成因、理论分析、室内试验、数值模拟及原位实测等方面开展的研究内容。从多学科交叉促进理论研究发展、多方法联合建立高精度动态监测、发展与创新测试装备和技术等方面对其未来趋势进行了展望,提出“空-天-地-孔”一体化监测平台的建设与运营,以期通过多维度、网格化立体数据的获取,进一步掌握松散层内部变形特征与传递机理,为实施“源头控制”和“过程治理”理念和评价废弃矿井CO_(2)封存地质条件提供基础数据与科学支撑。

煤层采动巨厚松散层全断面监测及内部变形特征

开采沉陷是煤炭资源井工开发利用所面临的主要环境地质问题,尤其对于我国东部高潜水位矿区而言,巨厚松散层的移动变形控制与采动减损评价备受关注。为了研究巨厚松散层内部移动机制,明确其对地表移动变形影响,以淮南新集矿区某井田为研究区,通过采用分布式光纤与并行电法联合测试技术,构建超过600 m深度全断面钻孔监测系统,探究巨厚松散层变形特征和内部移动规律。全断面监测系统能够获取煤层采动区域巨厚松散层内部应变、位移信息及监测钻孔周围电阻率变化情况,量化地层监测断面松散层内部移动变形时空关系和渗流场变化数据,分析松散层内地层变形特征与发育形态。研究结果表明:多参量联合测试技术的应用,显著提高了对巨厚松散层移动变形的监测效率和变形定位的准确性,获得了工作面回采位置与松散层内部变形时空演变关系。并根据松散层变形特征,将采动影响过程划分为超前影响期、弱采动影响期、强采动影响期、采后沉稳期4个阶段,揭示了超前影响变形表现“台阶状”形态与采动影响期的“反向3字型”移动特征,同时分析了“反向3字型”移动模式的构成条件、影响因素。基于全断面监测数据,提出巨厚松散层变形多场可测信息量化评价方法,阐明了巨厚松散层在煤层开采过程中存在分层应力积累与释放的规律。研究内容为巨厚松散层内部移动变形的精细化监测分析提供重要的技术支持。全断面监测技术的应用,也可为采动损害过程监测与评价、矿山生态源头减损与减沉、沉陷区土地规划与复垦以及松散层内注浆改造等提供参考。

公路路基变形破坏及其测试技术研究进展与展望

路基变形是公路病害的主要原因之一,其在公路建设、管理、运营、养护过程中带来的隐患日益凸显。目前以遥感测绘、地球物理探测、多传感器为代表性的相关技术,在路基变形测试中发挥了重要作用。为研究道路工程领域动态和行业发展趋势,梳理近年来道路工程领域理论、方法、技术及装备研究现状,阐述了公路路基变形的主要形式及影响因素,分析了路基变形测试技术类型及其优缺点,进一步讨论了对全周期智慧监测体系的认识及其发展趋势。构建路基变形监测体系是感知路基状态、路基稳定性评估和灾害预警的主要途径。随着人工智能和先进测试技术的快速进步,路基变形测试技术呈现出动态化、透明化、智慧化等新特点。加强公路测试基础理论、技术与装备的研发,形成基于立体空间的多手段路基健康监测体系是未来道路安全运维的重要发展方向。

矿井直流电法技术应用现状与展望

矿井直流电法作为一种高效的地球物理勘探手段,在精准圈定各类异常区方面发挥了重要作用。井下探测空间小、干扰多、技术要求高,其发展受到诸多因素限制,因此,建立快速采掘模式下与智能化矿井生产相匹配的矿井直流电法技术体系意义重大。从基本原理、技术发展及分类3个方面对矿井直流电法进行了概述,总结了矿井直流电法用于顶底板探查、巷道超前探测、工作面内异常区探查等方面的最新进展;对矿井直流电法仪器与设备研发进展进行了分析,列举了常见的几类矿井直流电法仪器;分析了矿井直流电法在解决工程问题中存在的关键问题:(1)目前矿井直流电法超前探测技术在含/导水异常体圈定空间的定位精度低,同时存在有效探测距离不足的问题。(2)矿井直流电法施工空间狭小,在有限的测试空间内,多方位地质异常体电性响应叠加,增加了数据处理和解释难度。(3)矿井直流电法在井下应用时易受场地金属源干扰,特别是受掘进机、液压支架、锚锁(网)支护、轨道、输送管道等大型金属件影响。对矿井直流电法未来发展方向进行了展望:(1)构建多源地电场数据响应特征库。(2)多源数据融合解释。(3)建立矿井直流电法智能化监测体系。

瞬变电磁重叠覆盖超前探水模拟测试研究

利用瞬变电磁法在掘进工作面开展连续重叠覆盖的超前探水方法试验研究,通过相似模拟试验结果表明,该观测系统采集数据量大,能够较准确地探查采掘工作面前方富水异常区域和范围,为井下水害预报和防治提供有效的技术指导。

采场围岩变形与破坏监测技术研究进展及展望

深部煤炭资源开发面临更多复杂、多变、高难的开采地质问题,采场围岩形态结构是矿井安全生产的重要评价指标之一,开展采场围岩变形与破坏测是判别矿井隐蔽致灾地质问题的重要技术保障。在煤炭工业快速发展的近20余年时间里,围岩体形变监测技术取得了长足的进步,基于矿山采场围岩体变形与破坏的影响因素,按照监测形式对监测技术进行了划分,归纳了当前用于矿山采场围岩变形与破坏监测的钻孔测试技术、地球物理探测技术、光纤监测技术及其他测量技术及其特点,结合煤层顶底板、巷道两帮空间监测的工程应用实例,介绍了不同监测技术的主要进展、优缺点以及适用性,讨论了探测技术的革新趋势和未来矿井安全生产中采场围岩变形与破坏监测技术的发展方向。同时,也认识到现有监测技术虽然已取得显著的监测效果,但是仍不能够满足矿井现代化、智能化生产需要。对于监测技术的进步而言,既需要技术装备的不断优化,更是要跨学科、跨专业科学技术理论的完善与更新。在当前地学大数据、云计算、人工智能新一轮科技创新基础上,今后采场围岩变形与破坏的监测技术必然向多元化、多参数、智慧化、全程监控的方向发展,监测方式也将不断地向可视化、动态化的监测预警模式过渡,融合监测技术发挥多参数的作用将越来越重要。

巷道断面空间岩层变形与破坏演化特征光纤监测研究

煤层开采过程中巷道围岩会发生变形、移动与破坏,其动态变化特征对巷道设计、支护等技术参数的选择具有重要的参考意义。论文结合淮南矿区某工作面回采进程,在煤巷中布设测试断面,通过钻孔布置分布式光纤传感器,对煤岩层变形与破坏过程中产生的应变参数进行实测与分析,讨论断面空间岩层变形发育规律及其采动影响特征。井下2个监测钻孔的16组监测数据分析结果表明:工作面回采过程中,底板岩层受采动影响发生变形产生位移特征明显,且受岩层界面控制,变形位置多自层面开始逐渐发育,探查区底板岩层破坏的最大深度达14.1 m,与电阻率CT结果基本一致,且超前应力显现明显,整体监测效果良好。认为分布式光纤测试技术可精确分辨采动作用下岩层的变形演化过程,有利于研究不同条件下岩层受力后发生变形及破裂的规律。

准格尔煤田特厚煤层开采底板破坏特征综合测试研究

鄂尔多斯盆地准格尔煤田某矿石炭-二叠系6煤层为特厚煤层,平均可采厚度17.0 m,其底板受到灰岩水的威胁。针对这种情况,现场采用分布式光纤传感及跨孔电阻率CT原位综合测试技术,先后获得了采动过程中多个工作面底板破坏应变场及地电场响应特征数据。结合岩样加载变形破坏的判别阈值参数及探测实践,对采区内4个工作面底板测试数据进行综合分析,获得了区内底板岩层破坏空间特征及其规律认识。分析认为底板破坏在垂向上具有明显的分带性,采区工作面底板破坏深度在7.2~16.5 m,主要破坏层位在细砂岩以上层段,扰动影响最大深度在33 m左右,主要扰动层位在砂质泥岩以上层段;底板破坏在横向上具有超前性,超前距离在25~60 m范围;区内工作面底板破坏特征具有一定的相似性,动压影响下的底板损伤程度在空间上呈东北区域浅、西南区域深的分布规律。原位测试所获得的数据对区内6煤层水害防治及安全开采具有指导作用。

煤系上覆地层移动变形钻孔多参数监测技术

精准获取煤层采动上覆地层结构全程演化特征与破坏规律是煤炭资源绿色、安全、高效开采的重要研究内容。光纤传感测试作为一种无源、高信噪比、高精度且长距离的变形监测技术,目前在矿井工程领域得到应用。结合煤系上覆地层移动变形研究现状及其技术发展思考,提出了钻孔全断面多场多参数监测技术体系。通过对光纤传感测试技术体系及常见的几类光纤技术(FBG,OTDR,BOTDR,BOTDA和BOFDA)在矿井应变监测中的应用分析,讨论了光纤监测技术在应用中存在的4类关键技术问题;在对感知系统、调制解调系统、信号传输系统、数据处理与分析系统、远程监控与预警处理系统5个系统组成研究的基础上,逐步构建了钻孔全断面多场多参量监测技术体系,包括传感单元安装工艺、钻孔回填材料选取、多场参数联合反演及灾害预警等关键技术内容,通过利用井下及地面钻孔布设岩土层变形等参数感知系统,进行多场多参数实时获取,可以实现对岩土层变形破坏的动态预测评价。结合陕西招贤井田一采区某工作面的地表垂直钻孔监测实例,讨论了硬质顶板岩层钻孔全断面多场多参数监测的过程,揭示了岩层变形多场响应特征及其破坏结构参数。基于应变场和地电场(电阻率、电流)分布特征,并结合煤系地层地质资料,对煤层采动期间超前支承压力、滞后垮落距离、“两带”发育规律及离层演化特征等进行了综合分析。

利用综合物探方法探察山区河床地质条件

河流河床地下空间地质条件是地下管道等隐伏工程跨河段施工的关键,必须对其下伏岩层条件及其含水性、岩层破碎特征等进行超前探察与判断。基于并行电法探察技术,构建河床地质条件计算模型,利用正反演方法得出河床模型地断面的电性特征,并利用瑞雷面波辅助实施综合探察。通过现场工程应用,综合探察取得了良好的应用效果,试验区内岩层受河流侵蚀比较明显,河流的渗流范围大,宽30 m、深度在20 m左右,测区内破碎带呈条带状分布,范围较大,厚度不一,深度在10~15 m的范围内,物探解释与钻孔揭示地层条件对应一致性好。研究结果表明,综合物探方法能够有效探察山区河床地层的分层性、层厚、分布范围、河流的渗透范围等地质条件,为河床下伏工程施工技术措施制定提供依据。

井地联合并行电法测试模拟与应用

井地联合并行电法通过在井孔和地面布设电极,进行全电极供电和测量,获得钻孔周边地电场分布特征,研究储层介质结构及变化特征,对地下复杂地电模型分辨具有重要作用。文章通过构建室内井地电法测试模型,采用并行电法技术,三维反演介质的电阻率,判断井孔周边不同类型地质体的异常分布特征。结合野外井地条件进行实测,结果表明,通过井地联合测试系统可以对钻孔周边地质条件进行有效分辨,为储层介质探查与判断提供辅助依据。

基于BOTDR的煤层底板突水温度场监测模拟研究

针对采煤工作面底板突水过程中常会引起突水区域温度场的异常响应,利用分布式光纤测试技术对温度场变化捕捉敏感的特性进行测试。通过设计光纤底板温度场测试传感装置,构建测试地质地球物理模型,对底板突水所引起的岩层温度场的变化进行测试模拟。结果表明:分布式光纤测试技术能很好分辨底板水导升过程中水温改变所引起的温度场变化特征,且对突水区域范围判断快速、有效。

深厚煤层开采底板变形特征的光纤监测研究

煤层工作面采动会引起采场底板应力场重新分布,发生煤岩体的变形与破坏,准确掌握其时空发育特征对底板突水预测具有十分重要的意义。为了探究大埋深特厚煤层开采底板岩层裂隙场的发育规律,依托准格尔煤田某矿开采工作面,采用井孔光纤应变测试技术开展室内岩石压裂测试并实施底板监测,获得了大采高底板下不同深度岩层随工作面推进的应变变化曲线及特征。结果表明:光纤监测技术可有效捕捉深部煤炭开采底板岩层破坏特征,特别反映出在垂向分布上通过应变与岩层对应关系可得到底板裂隙场发育具有一定的分层性,其分布主要受地层结构影响,并且破坏优先发生于软弱岩层和软、硬岩层交界面附近。且通过1#、2#钻孔应变特征综合分析61101工作面受采动影响底板最大裂隙发育深度为21.5 m。

人工耳蜗手术前后使用小儿主观测听法的意义

目的探讨主观听力学测试方法在低龄儿童人工耳蜗植入手术前后的作用。方法和结果103名5岁以下拟接受人工耳蜗植入低龄儿童,术前均完成非助听和助听主观听力测试。31名游戏测听(playaudiometry,PA)法、62名视觉强化测听(visualreinforcementaudiometry,VRA)法、10名行为观察测听(behavioralobservationaudiometry,BOA)+VRA法获得左右侧单耳/或双耳裸耳听阈;30名PA法、63名VRA法、10名BOA+VRA法分别在声场中获得每侧耳的助听听阈,并结合其他客观测试结果评估了听通路的功能。术后开机调试后103名患儿均有听觉反应并获得T、C值,其中48名由VRA、PA测试方法得到;27名经BOA法得到;28名经神经反应遥测(neuralresponsetelemetry,NRT)结合BOA法获得,患儿的听觉能力有明显改善。结论主观听力测试方法在人工耳蜗植入术前对评估听通路完整性非常重要,对预测低龄患儿术后听觉康复可能的疗效有重要意义。

工作面顶板岩层变形破坏发育过程光纤测试模拟研究

回采工作面顶板岩层的变形与破坏过程一直是矿山地质的重点研究对象,获得其动态发育特征对于矿井安全生产十分重要。文章基于分布式光纤传感测试技术,通过构建室内平面应力模型,在煤层采动区布设4条斜向和3条竖向测线。根据煤层开挖进度,定期采集岩层应变值,从而获得煤层开挖过程中岩层变形破坏动态发育规律。结果表明:煤层开挖过程中,工作面前方顶板岩层受超前支承压力的作用将呈现压应变,而工作面及后方采空区上部岩层则主要以拉伸破坏为主;根据竖向光缆应变变化曲线分析得出11-2煤垮落带发育高度为10 cm,导水裂缝带发育高度为45 cm,光缆测试结果与模型实际测量结果基本一致;光缆应变曲线可良好地分辨岩层变形破坏发育过程。研究结果表明,利用分布式光纤监测岩层结构的变形与破坏过程可获得良好的岩层应变参数,其可分辨能力强、效果显著。

采场底板岩层破坏规律光纤测试方法与效果

煤层开采后底板破坏深度的确定及其精细特征的探查一直是矿井生产建设中的重难点问题。文章结合淮南某矿6煤层开采条件,利用钻孔植入方法安装分布式光纤,构建应变场测试空间系统,依据回采进度进行实时监测与分析,与岩层应变观测数据进行对比,获得工作面回采过程中底板岩层变形与破坏深度(14m)及其特征,所得结果与孔间电阻率层析(computerized tomography,CT)成像结果基本一致。结果表明,分布式光纤测试技术具有较高的分辨及监测效果,对井下底板岩层破坏特征判断准确,具有良好的推广应用前景。

分布式光纤技术在矿井温度测试中的实验

矿井温度异常将会导致矿井火灾和重大事故的发生,为此利用分布式光纤测温技术实现对矿井温度的在线监测和预警。通过室内实验装置对传感光缆的温度系数进行标定,同时把该测温系统布置在某矿区61101回风巷内,进行为期半个多月的在线监测,结果表明:利用该测温技术处理得到的温度变化曲线能准确反映巷道温度变化趋势,曲线上异常点区域可作为精准判断温度异常位置的依据;700 m长测线系统布置能够较好地适应现场环境,其获得的数据量丰富可靠,曲线特征明显。该测温技术定位精度高、运行可靠,且能适应长距离监测,满足矿井温度监测需要。