三维地应力实时监测技术及其在首山矿区的应用
发布时间：2022-02-08 12:29
近年来,由于浅部煤炭资源面临日益枯竭,煤矿的开采深度及强度将继续增大,由此带来的高应力问题愈发突出。而地应力在煤矿安全开采中又扮演着重要的角色,井下巷道的支护设计、冲击地压以及煤与瓦斯突出等灾害与地应力密切相关。所以,准确获取开采范围内的应力场特征,是避免煤岩动力灾害发生的基础性工作。因此,研究地应力实时测量技术对煤矿安全生产具有实际指导意义。基于此背景,实验测试分析了三向应力传感器的应力传感性能;推导了三维地应力解算公式;并在河南平宝煤业有限公司首山一矿进行地应力测试实验;最后针对首山一矿深部开采存在发生煤与瓦斯突出的高危险性,结合矿区特有的地质构造,探讨了地应力在煤与瓦斯突出中的作用。主要成果及结论如下:（1）三向应力测量装置应力传感性能实验表明,传感器所测应力可以反映真实加载应力,传感器弹片工作时相互独立,可满足实际工程需求;利用自主研发的两个三向应力传感器组成一个测试单元可测量并求解空间某点的主应力大小及方向,方法简单便捷。（2）采用三向应力传感装置现场测量得到首山一矿地应力场特征,实际测量结果与前人研究成果相吻合,表明该装置能够较准确地实现对地应力的原位测量。（3）首山矿区灵...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究技术路线图
2三向应力监测系统性能实验室实验72三向应力监测系统性能实验室实验2LaboratoryExperimentonthePerformanceofThree-dimensionalStressMonitoringSystem2.1三向应力实时监测系统(ThreeDirectionStressRealTimeMonitoringSystem)该三向应力监测系统由课题组自主研发，其主要结构如图2-1。1-应力传感器；2-高压油管；3-三通阀；4-安装导杆；5-压力表显示器；6-1-X向弹片；6-2-Y向弹片；6-3-Z向弹片；7-定向栓；8-定向标线；9-高压油泵；10-安装杆接头；11-固定螺丝图2-1三向应力传感器结构示意图Figure2-1Thestructurediagramofthree-directionalstresssensor传感器包括三个可以在油压力下伸缩且两两相互垂直的拱形弹片、从而保证了其与煤体主动有效地耦合；传感器系统还包括接收测试数据并进行实时保存的本质安全型数据采集仪及高压油泵、油管、手持遥控器、定向装置等，各部件实物图如图2-2所示。图2-2各仪器实物图Figure2-2Physicaldrawingofeachinstrument1482106-36-11153976-2YZX
2三向应力监测系统性能实验室实验9图2-3定向装置示意图Figure2-3Diagramofdirectionaldevice2.4三向应力测量装置性能测试(PerformanceTestofThree-dimensionalStressMeasuringDevice)为了验证三向应力测试装置的应力传感性能及各向应力感应的独立性，对该装置的应力传感性能进行了可重复性及独立性等的系统测试。测试装置包括：三向应力传感器、数据采集仪及高压油管、手持高压油泵、手持遥控器、压机系统、应力传感系统等，应力传感系统如图2-4。图2-4应力传感系统图Figure2-4Stresssensingsystemdiagram2.4.1三向应力测量装置传感性能测试本文以X向弹片为例，选取2块钢质较好的材料作为测试介质，其尺寸均为155mm×100mm×80mm，测试介质的155mm长边一侧的中部设置一个半径为38mm、高为80mm的凹槽，应力传感器放置于由两个凹槽对方所形成的空间内，
【参考文献】：
期刊论文
[1]特厚煤层超前采动原位应力演化规律研究[J]. 高明忠,刘军军,林文明,邓光迪,彭高友,李聪,何志强. 煤炭科学技术. 2020(02)
[2]近直立特厚煤层应力演化规律研究[J]. 冯攀飞,张玉良,何生全. 煤炭工程. 2019(10)
[3]基于三向应力监测装置的地应力测量方法研究[J]. 沈荣喜,侯振海,王恩元,孙英豪,杨瑞鹏,韩旭,李红儒,欧建春. 岩石力学与工程学报. 2019(S2)
[4]基于曲梁理论的褶皱构造中覆岩变形与应力分析[J]. 卜万奎,徐慧,赵玉成. 采矿与安全工程学报. 2019(04)
[5]超千米深部矿井采动应力显现规律[J]. 吕有厂,何志强,王英伟,代志旭,王玉杰. 煤炭学报. 2019(05)
[6]冲击型煤与瓦斯突出力学机制及危险性评价技术研究[J]. 尹永明,张兴凯,姜福兴,于正兴. 采矿与安全工程学报. 2018(04)
[7]基于实测地应力的综放工作面采动应力分布及演化特征研究[J]. 刘钦节,杨科,陈贵,成荣发,史厚桃. 采矿与安全工程学报. 2016(01)
[8]基于CSIRO模型的煤与瓦斯突出模拟系统与试验应用[J]. 王汉鹏,张庆贺,袁亮,薛俊华,李清川,张冰. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[9]三向压力盒的嵌入效应及其应力测量特性模拟[J]. 朱元广,刘泉声,蒋景东,薛俊华. 岩土力学. 2015(09)
[10]盐膏岩DRA-Kaiser地应力测试方法初探[J]. 葛伟凤,张飞,陈勉,金衍,卢运虎,侯冰. 岩石力学与工程学报. 2015(S1)
博士论文
[1]地质构造对平顶山矿区煤与瓦斯突出的主控作用研究[D]. 闫江伟.河南理工大学 2016
[2]含瓦斯煤岩本构模型与失稳规律研究[D]. 王登科.重庆大学 2009
硕士论文
[1]煤与瓦斯突出孔洞形成机理及突出能量源的实验与理论研究[D]. 郑权.重庆大学 2013
[2]立井掘进过程中的煤与瓦斯突出动力现象研究[D]. 程建圣.安徽理工大学 2006
本文编号：3615068
【文章来源】：中国矿业大学江苏省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究技术路线图
2三向应力监测系统性能实验室实验72三向应力监测系统性能实验室实验2LaboratoryExperimentonthePerformanceofThree-dimensionalStressMonitoringSystem2.1三向应力实时监测系统(ThreeDirectionStressRealTimeMonitoringSystem)该三向应力监测系统由课题组自主研发，其主要结构如图2-1。1-应力传感器；2-高压油管；3-三通阀；4-安装导杆；5-压力表显示器；6-1-X向弹片；6-2-Y向弹片；6-3-Z向弹片；7-定向栓；8-定向标线；9-高压油泵；10-安装杆接头；11-固定螺丝图2-1三向应力传感器结构示意图Figure2-1Thestructurediagramofthree-directionalstresssensor传感器包括三个可以在油压力下伸缩且两两相互垂直的拱形弹片、从而保证了其与煤体主动有效地耦合；传感器系统还包括接收测试数据并进行实时保存的本质安全型数据采集仪及高压油泵、油管、手持遥控器、定向装置等，各部件实物图如图2-2所示。图2-2各仪器实物图Figure2-2Physicaldrawingofeachinstrument1482106-36-11153976-2YZX
2三向应力监测系统性能实验室实验9图2-3定向装置示意图Figure2-3Diagramofdirectionaldevice2.4三向应力测量装置性能测试(PerformanceTestofThree-dimensionalStressMeasuringDevice)为了验证三向应力测试装置的应力传感性能及各向应力感应的独立性，对该装置的应力传感性能进行了可重复性及独立性等的系统测试。测试装置包括：三向应力传感器、数据采集仪及高压油管、手持高压油泵、手持遥控器、压机系统、应力传感系统等，应力传感系统如图2-4。图2-4应力传感系统图Figure2-4Stresssensingsystemdiagram2.4.1三向应力测量装置传感性能测试本文以X向弹片为例，选取2块钢质较好的材料作为测试介质，其尺寸均为155mm×100mm×80mm，测试介质的155mm长边一侧的中部设置一个半径为38mm、高为80mm的凹槽，应力传感器放置于由两个凹槽对方所形成的空间内，
【参考文献】：
期刊论文
[1]特厚煤层超前采动原位应力演化规律研究[J]. 高明忠,刘军军,林文明,邓光迪,彭高友,李聪,何志强. 煤炭科学技术. 2020(02)
[2]近直立特厚煤层应力演化规律研究[J]. 冯攀飞,张玉良,何生全. 煤炭工程. 2019(10)
[3]基于三向应力监测装置的地应力测量方法研究[J]. 沈荣喜,侯振海,王恩元,孙英豪,杨瑞鹏,韩旭,李红儒,欧建春. 岩石力学与工程学报. 2019(S2)
[4]基于曲梁理论的褶皱构造中覆岩变形与应力分析[J]. 卜万奎,徐慧,赵玉成. 采矿与安全工程学报. 2019(04)
[5]超千米深部矿井采动应力显现规律[J]. 吕有厂,何志强,王英伟,代志旭,王玉杰. 煤炭学报. 2019(05)
[6]冲击型煤与瓦斯突出力学机制及危险性评价技术研究[J]. 尹永明,张兴凯,姜福兴,于正兴. 采矿与安全工程学报. 2018(04)
[7]基于实测地应力的综放工作面采动应力分布及演化特征研究[J]. 刘钦节,杨科,陈贵,成荣发,史厚桃. 采矿与安全工程学报. 2016(01)
[8]基于CSIRO模型的煤与瓦斯突出模拟系统与试验应用[J]. 王汉鹏,张庆贺,袁亮,薛俊华,李清川,张冰. 岩石力学与工程学报. 2015(11)
[9]三向压力盒的嵌入效应及其应力测量特性模拟[J]. 朱元广,刘泉声,蒋景东,薛俊华. 岩土力学. 2015(09)
[10]盐膏岩DRA-Kaiser地应力测试方法初探[J]. 葛伟凤,张飞,陈勉,金衍,卢运虎,侯冰. 岩石力学与工程学报. 2015(S1)
博士论文
[1]地质构造对平顶山矿区煤与瓦斯突出的主控作用研究[D]. 闫江伟.河南理工大学 2016
[2]含瓦斯煤岩本构模型与失稳规律研究[D]. 王登科.重庆大学 2009
硕士论文
[1]煤与瓦斯突出孔洞形成机理及突出能量源的实验与理论研究[D]. 郑权.重庆大学 2013
[2]立井掘进过程中的煤与瓦斯突出动力现象研究[D]. 程建圣.安徽理工大学 2006
本文编号：3615068
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