煤矿水文地质探水钻孔监测系统应用

随着煤矿开采深度的增加和采煤工作面的扩大,地下水问题越来越受到关注。煤矿地下水位的变化、地下水质量的变化以及地下水流动的情况对煤矿的生产安全和环境保护都有着重要的影响。因此,煤矿水文地质探水钻孔监测系统的应用变得尤为重要。基于此,文章对煤矿水文地质探水钻孔监测系统应用进行探讨,以供参考。

矿用钻机钻孔监测系统设计

以ZLJ1200L型煤矿用履带式坑道钻机为研究对象,为了对钻机钻孔机构进行有效监测,设计了基于MCGS的钻机钻孔监测系统。通过仿真实验,证明了该系统在钻孔监测中满足期望要求,实现了对钻孔作业的精准监测,从而保证钻机能够安全、平稳、可靠的工作。

钻孔监测仪在基桩成孔检测中的应用

从基础工程开挖出发较为全面地叙述了超声波成孔监测的工作原理及其在大直径钻孔灌注桩中的应用情况。文中列举了大量的工程实例,指出了成孔过程中经常出现的各种质量问题,从中取得许多宝贵的实际经验,这对加深认识超长钻孔灌注桩和全面控制施工质量大有帮助。

瓦斯抽采钻孔变形塌孔规律及精准监测技术研究

为推进瓦斯抽采钻孔精准智能化发展水平,基于分布式光纤监测和布里渊光学时域分析技术(BOTDA),以山西某矿为工程背景,开展了不同粒径配比下的钻孔堵孔模拟实验;构建了试验矿井堵孔率计算数学模型,揭示了钻孔变形塌孔发育规律,提出了适用于试验矿井的瓦斯抽采钻孔精准监测现场实施技术工艺,并通过现场试验对技术工艺的可行性和准确性进行了验证。结果表明:(1)光纤耦合体应变、模拟煤样堆积质量与钻孔变形塌孔间具有线性关系,随质量增加应变变化趋势相近,呈“陡-缓-陡”三阶段变化。通过分段拟合构建了适用于试验矿井的钻孔堵孔率计算数学模型。(2)通过误差分析,发现随着应变增加最大绝对误差先变大后变小再变大,中期最大绝对误差为19.48%,后期完全堵孔状态下的质量极值越接近不同配比煤样的平均质量极值误差越小。(3)基于上述数学模型解算,揭示了模拟堵孔过程中煤块首先在钻孔底部呈“凸”状堆积,随后滑向两侧,最后又在顶部聚集的塌孔演化规律,以应变值0、45.95×10^(-6)、72.19×10^(-6)为临界值区分塌孔前、中、后期,构建了适用于试验矿井的瓦斯抽采钻孔精准监测技术。通过现场应变监测结果分析,发现在孔周应力、扰动等因素作用下,失稳孔段孔周裂隙更易发育,塌孔程度随时间加剧。结合钻孔沿程堵孔率计算结果,对钻孔沿程变形塌孔情况进行了判断,对比钻孔窥视图可得,该精准监测技术判断结果基本符合实际观测情况。提出的以分布式光纤耦合体和BOTDA技术为基础的钻孔精准监测技术工艺可行、可靠,可为推进瓦斯抽采钻孔精准智能化发展水平提供参考。

基于线性超长隧洞监测钻孔施工方法研究

为了适应线性超长引水隧洞工程中监测作业人员和钻孔设备长距离频繁转场、高强度交叉作业下的高效率作业需求,特研制了一种基于车载台车的长距离隧洞监测钻孔施工方法,相较于传统搭设脚手架的方式,该方法不仅克服了传统方式监测施工中由于受主体施工干扰、工期紧等因素带来的高风险和高成本问题,还能够在保证工程质量的同时提高施工效率、降低生产成本、保证绿色施工。

岩溶山区坡面一孔多层地下水监测试验及科学意义

钻孔是揭露含水层结构和开展地下水监测的重要载体。在场地地下水监测中,不分层的丛式钻孔存在成本高、代表性不全等缺陷。“一孔多层”分层监测对水头或溶质分布的区分度高,在孔隙和裂隙含水层应用广泛,但岩溶介质因结构复杂,极少有案例研究。文章对丫吉试验场西坡径流小区的一个钻孔(ZK6)进行分层并开展监测。依据钻孔岩芯编录资料、抽水试验以及水化学与温度测孔的结果,判断岩溶发育的特征,确定将ZK6孔划分为四层,实施了钻孔封隔。对四个层位的水文观测发现,四个层位的水位动态对降雨的响应有较大差异。其中,第一层一个水文年中无水和充水状态时长分别占79%和21%,说明该层的岩溶介质处于充水和无水交替,且更多时间处于无水状态;第二层水位响应滞后明显;第三层和第四层水头差异表现出地下水排泄区的水头垂直分布特征。ZK6孔四个层位的水化学存在差异,表明岩溶介质结构的差异不仅影响了水文过程也影响水化学特征。第四层的电导率基本稳定在450μS·cm^(-1),而第二层因表层元素积累和水更新速率慢,电导率是第四层的2倍,第一层电导率的剧烈变化则反映表层岩溶带受到降雨补给影响最为强烈。综合钻孔分层的水文和水化学特征,认为第一至第四层分别代表表层岩溶带、裂隙基质带、上部饱水带和下部饱水带。岩溶山坡的“一孔多层”分层技术难度大,但一旦实现不仅可以认识岩溶垂向分带的水动力机制,也为地下水分层开发利用技术突破提供了可能。

基于分布式光纤传感技术的北京宋庄地面沉降和地裂缝综合监测

针对地面沉降及地裂缝,传统点式监测技术手段难以实现地质体变形的连续监测,且无法通过地面沉降、地裂缝的综合监测定量分析两者之间的关系。基于钻孔全断面分布式光纤监测技术实现了地面沉降和地裂缝同步监测,根据监测结果对北京宋庄地区地下水-地面沉降-地裂缝之间的关系进行了分析。监测结果表明,宋庄地面沉降主要受到地下水开采影响,含水砂层抽水发生压缩变形,地裂缝两侧均存在明显的地面沉降,且差异沉降显著;差异沉降量和地裂缝变形量均持续增大,但增大速率放缓。地面沉降、地裂缝同步监测结果表明,该地区地裂缝发育主要受地层差异沉降影响。

地下工程事故紧急搜救的快速气冲钻孔和实时监测

如何以最快的速度搜救地下工程事故中的被困人员,是完成救援任务的关键,笔者提出了自动监测钻孔过程的DPM方法。该方法在以高压空气作为动力的潜孔锤旋转冲击钻孔中,能够自动、连续地对钻孔过程实时数字监测和记录。这种智能型监测钻孔可以实时建立沿钻孔深度各点的岩土体力学强度与空间分布,从而准确地测定地下洞室或巷道的位置及范围。该技术起到快速搜索以及输送新鲜空气的作用,钻成的孔洞可以将食物和水传递给被困人员。十多年来,实际数字钻孔监测结果表明,这项研究的确可以精确测定和给出地下岩土体的力学强度。该方法可以有效地、具体地应用到地下工程事故紧急搜救工作中。

香港大学钻孔过程数字监测仪在土钉加固斜坡工程中的应用

介绍了一台新型的能够自动、客观和连续不断地记录和监测钻孔过程的钻孔过程数字监测仪(DPM)。钻孔过程可由一些随时间变化的钻孔参数来表述,这些参数包括钻杆和钻头的位置、位移和转动,以及钻机对钻头施加的各种动力载荷。此便携式监测仪可快速地安装到钻探机或钻孔机上,并且已经在香港防止山泥倾泻的斜坡加固工程中得到应用。通过实例讨论阐述了在风化岩土斜坡中安装土钉的钻孔过程实测结果。这些实测结果是从香港斜坡防护常用的土钉钻孔过程中得到的。这些实测结果表明钻孔过程参数随时间的动态监测可为工程质量管理和控制以及岩土工程设计和检验提供丰富、有利的真实数据和资料。

超声波钻孔监测仪在钻孔灌注桩成孔检测中的应用

文章采用DM-604超声波钻孔监测仪,对成孔的四个方向进行检测,得出孔的形状、孔径、垂直度、偏斜值等参数,以达到对孔的质量进行控制,保证了钻孔灌注桩的质量;并分析对成孔检测的影响因素以及成孔质量的评定方法。

钻孔二向压力监测仪的研制及应用

基于工程技术的需要 ,提出了一种钻孔二向压力监测仪表的研制原理及方法 ,并结合应用给出实测结果 ,证明了监测仪表具有实用性和可操作性 ,为钻孔轴向力及冲击地压的监测提出了新的监测方法。

基于钻孔过程监测系统(DPM)的岩体块度指数(RBI)研究

钻孔过程监测系统(DPM)能够方便快捷地安装于钻机上,实时、自动地记录钻探过程中随时间变化的钻进参数,包括钻头位移、钻头转速及钻机液压油压力等。岩体块度指数(RBI)是评价工程岩体完整性的一种常用指标。本文提出利用DPM获取的参数快速、定量地评价岩芯的RBI值。在山西长治某场址进行钻探取芯,并设置DPM系统,测量了所取岩芯的RBI值,结果表明:砂岩地层中的DPM钻进速率与岩芯RBI值间存在极显著相关关系,并建立了线性回归方程;而泥岩地层中的DPM参数与岩芯RBI值的相关性不明显。

主动承压式钻孔应力监测传感装置

为研究煤岩层应力演化规律,并据此预测煤岩体稳定性问题,通过分析研究煤岩体失稳变形原理和承压机构与煤岩体耦合接触条件,得出测量应力与煤岩体内应力成线性关系;基于静水压原理开发了主动承压式钻孔应力传感器,重点进行了应变感知机构设计,并在实验室对传感器进行加载试验;分析其基本误差均在全量程0.4%以内,可近似为相等。结果表明该应力监测装置测量结果可反映煤岩体真实应力演变趋势,为煤岩体应力状态研究及煤岩动力灾害预警和巷道支护设计提供现实数据依据。

基于钻孔应力监测的深部开采围岩应力演化及数值模拟研究

随着矿山开采深度的增加,巷道受围岩应力的影响越发严重。巷道开挖后,引起附近围岩应力重新分布,其分布状况受地质条件和开采条件的影响,导致应力重分布越来越复杂。针对三山岛金矿深部地质情况,借助数值模拟软件对-870 m水平巷道进行整体稳定性分析,然后采用钻孔应力监测的方法对开挖岩层的内部应力场变化进行分析,确定围岩拉应力主要分布于斜联巷与脉外主运输巷交叉位置、脉外主运输巷与采联巷交叉位置和水仓等位置,最大为0.6 MPa;最大剪应力主要分布于斜联巷、脉外主运输巷拐弯处及东西走向巷道,最大为30 MPa。研究围岩应力分布的规律,为采场围岩稳定性评价及巷道围岩支护设计优化提供指导。

基于窄带物联网的钻孔水位智能监测系统

设计了一种基于窄带物联网的钻孔水位智能监测系统。该系统通过智能遥测仪控制直流电机正反转,驱动电容式水位开关检测水面位置,旋转编码器记录电容式水位开关下降距离,通过低功耗微处理器STM32F103RCT6处理旋转编码器数据得到水位数据,然后利用窄带物联网技术通过移动蜂窝网络将水位数据传输至中国移动物联网开放平台OneNET,监测计算机通过以太网访问OneNET平台水位数据,实现对钻孔水位的无线实时监测、预警功能。

钻孔过程监测在岩体非均质性中的应用探讨

岩体非均质性研究是地质资源与地质工程领域的重要内容,对地下空间及矿产能源的合理开发利用有着重要的意义。为了实时准确地评价页岩储层岩体的非均质性,将钻孔过程监测(Drilling Process Monitoring, DPM)引入铜川地区鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩的现场勘察钻孔试验中,分别监测了钻头转速、钻杆前推压力、钻杆回撤压力、动力头位置4个参数,利用DPM钻进速率参数从多尺度对页岩岩体的非均质性进行了刻画。相关性分析及回归分析结果表明:DPM钻进速率与岩石可钻性、岩体完整性存在显著的相关性。具体地,储层尺度上,DPM钻进速率的变化可反映出储层岩性的变化,DPM钻进速率可定量地评价岩石的可钻性;岩心尺度上,DPM钻进速率的变化可定性地反映出岩芯的完整程度,但在≤100 mm完整岩芯上的钻进速率并不能有效反映出纹层岩性的变化。进一步地,纹层尺度上,>100 mm厚度页岩纹层的纯钻过程位移曲线可被较好地进行线性拟合,而100 mm以下,泥岩、粉砂岩及凝灰岩纹层的纯钻过程位移曲线线性拟合性较差。研究结果对于正确认识DPM对岩体非均质性的划分及应用有着重要的指导意义。

矿用钻孔瓦斯抽采多参数监测系统与装置

为了弥补传统瓦斯抽采监测系统区域化监测的不足,提出了以钻孔为监测单元构建钻孔瓦斯抽采监测系统,能够实时动态掌握各个钻孔在瓦斯抽采过程中的抽采效果,将大面积区域化测量转变为区域内部各钻孔的测量,实现了瓦斯抽采的精细化监测。针对钻孔瓦斯抽采监测系统需求,结合钻孔孔口处瓦斯抽采参数的特点,研制了一款矿用瓦斯抽采钻孔多参数监测装置,该装置具有超声波气体流量测量、非色散红外瓦斯浓度测量、压电陶瓷气体压力测量、铂电阻气体温度测量四参数于一体的实时数据采集功能,搭载了数据显示、数据存储、数据远程传输、数据Wi-Fi传输等功能性人机交互模块,并开发了瓦斯抽采分析软件、移动数据采集站两款配套软件。装置根据实际应用需求,结合行业相应计量标准,于具有国家计量检定资质的检验单位进行了计量检测,并在黄陵矿业公司二号煤矿进行了井下工业性试验,对装置的实际应用效果进行了验证。试验结果表明:矿用瓦斯抽采钻孔多参数监测装置的四项测量参数均满足相应行业标准的计量要求,可实现各项参数的准确测量,且该装置在实际井下应用中具有良好的工作可靠性与工作稳定性,达到了以钻孔为监测单元的瓦斯抽采监测目的,能够为瓦斯抽采评价提供有力的数据支撑。

钻孔侧向位移监测与围护结构稳定性预测

在围护结构施工过程中,监测结构深层、内部的变形,及时预报结构失稳的部位,对围护结构稳定性预测尤为重要。通过某地下车库围护结构(基坑)监测表明,采用钻孔侧向位移监测,可以揭示围护结构内部岩土变形状况,从而达到对围护结构稳定性进行预测的目的。

小汪沟铁矿采空区冒落进程控制及监测技术研究

小汪沟铁矿井下存在大规模连续采空区,严重威胁到地表运输公路及矿山附属建筑的安全性。为解除采空区塌陷对地表道路和建筑的威胁,矿山决定向塌陷坑充填废石,以控制塌陷坑的扩展。采用FLAC3D数值模拟的方法对采空区冒透的时间进行了预测,同时对不充填废石和充填废石的塌陷坑地表位移发展分别进行了模拟研究。最后采用钻孔监测技术对采空区的冒落进程进行监测,同时对塌陷坑充填废石后的空区冒落高度变化过程进行了监测。现场实践证明,向塌陷坑内充填废石可以有效控制采空区的冒落进程。

关键层运动监测及岩移5阶段规律——以红庆河煤矿为例

煤炭开采引起的岩移规律一直是采矿领域难解的“黑箱”问题,研究揭示其内部作用机制与演变过程是科学解决采矿工程系列问题的理论基础。基于岩层控制的关键层理论,采用地面钻孔原位监测方法,开展了红庆河煤矿深井特大采高开采条件下覆岩内部移动规律的实测与反演研究。结果表明,覆岩由下向上逐步运移发展的过程呈现5阶段典型分区特征,分别为覆岩超前受压变形阶段、逐层向上断裂运移阶段、覆岩整体快速沉降阶段、上位岩层向下压实阶段以及覆岩整体稳沉阶段。依据5阶段岩移特征,拟合形成了覆岩超前运移的“类指数”岩移边界线,对应井上下超前影响范围分别为地表的340 m以及煤层的99 m;推演得到了关键层逐层向上断裂发展的83°断裂延伸角,对应320 m埋深以下关键层发生超前断裂、以上为滞后断裂。同时,对覆岩“横三区”的具体分布进行了划分;沿走向推进剖面,“类指数”岩移边界线与关键层断裂线之间的区域为超前变形区(煤壁支撑区),对应于岩移阶段1;关键层断裂线之后、直至井上下分别滞后工作面煤壁410和190 m的区域为离层区,对应于岩移阶段2~4;再后方的采空区为重新压实区,对应于岩移阶段5。覆岩关键层运动表现出对地表沉陷的显著控制作用,随着其逐层向上断裂运移,地表沉陷活跃度不断攀升,在主关键层结束其正向回转并开始反向回转时,地表沉陷开始进入峰值状态,且这种峰值的持续对应于覆岩整体的快速沉降;当上位岩层逐步压实下位岩层时,地表沉陷活跃度开始降低;直至主关键层运移稳定,地表沉陷活跃期结束、开始进入衰退期;表明地表沉陷盆地的最终形态直接受控于主关键层的运移状态。