采矿与岩层控制工程学报2020年第2期全本

DIC在相似材料模型中的裂隙检测

为定量描述上覆岩层中裂隙的产生及发育，利用数字图像相关技术( DIC )在相似材料模型中进行了裂隙检测。通过定量研究散斑图案质量及DIC计算参数对检测效果的影响，针对模型局部非均匀变形，提出了子区大小选择的双参数阈值法，确定了裂隙检测所用的子区大小，并合理选择子区间距。然后使用数码相机采集1 200 mm×1 000 mm×50 mm( 长×高×宽 )的二维平面相似材料模型表面的散斑场，获取模型目标图像的应变场和位移场，得出了裂隙产生的位置、张开度和长度等定量特征，并与全站仪同步量测数据进行对照。试验表明，采用子区边长40像素和子区间距10像素的测试参数，得出了该模型3条裂隙的存在及其发育信息，验证了双参数阈值法的可靠性；随着裂隙的逐渐发育，应变局部化带由模糊到清晰，应变曲线分布特征由单峰到双峰，位移曲线逐渐呈阶梯状分布，可从应变场局部化带长度快速估计裂隙发育长度；DIC测量结果与全站仪测量结果的最大相对误差为7.73%。DIC测量系统既能有效地检测裂隙，又能达到较高测量精度。研究结果为进一步应用DIC研究相似材料模型变形提供了试验基础。

特厚煤层重复开采覆岩与地表移动变形规律研究

为研究大同矿区特厚煤层重复开采覆岩与地表沉陷问题，以塔山煤矿8103和8104工作面的地质采矿条件为工程背景，沿倾向主断面建立了二维相似材料模型。反演分析了仅开采上覆侏罗系煤层时覆岩沉陷规律、两煤层重复开采时覆岩沉陷规律、离层发育规律、煤柱群垮塌规律以及地表塌陷规律，揭示了该地质采矿条件下覆岩与地表沉陷机理。研究结果表明：采用刀柱式采煤法开采侏罗系煤层，上覆岩层未发生显著的破坏和变形；在特厚煤层重复采动影响下，覆岩以一定的角度向上垮落和裂隙发育，当侏罗系煤层采空区受到下组煤开采扰动时，采空区中煤柱群受扰损伤，支撑能力降低，导致其上覆岩层沉陷加剧，在弯曲下沉带上方形成新的导水裂缝带，覆岩沉陷呈现“四带”发育特征。结合实测数据，分析了工作面沿倾向方向地表移动变形规律，基于Origin 8.0平台和概率积分法进行了二次开发，对倾向观测线上山方向实测下沉数据进行了拟合求参，获取了部分概率积分预测参数。研究结果可对大同矿区开采沉陷治理工程提供参考。

受动压影响巷道围岩松动圈测试及支护技术研究

为防止在动压影响下，潘二矿11123工作面开切眼下方的部分底抽巷( 承担胶带运输任务 )的变形失稳。11123工作面初次来压后，在原锚网索支护基础上，采用增加注浆锚索的方式对巷道进行补强加固，并用地质雷达测试巷道围岩松动圈的厚度，以判断支护方案的可行性。地质雷达探测结果表明：第1次测量( 工作面推进50 m时 )、第2次测量( 工作面推进90 m时 )、第3次测量( 工作面推进150 m时 )，松动圈的厚度发育较为迅速；第4次( 工作面推进200 m时 )、第5次( 工作面推进200 m时 )和第3次测量相比，松动圈厚度趋于稳定；底抽巷所形成的松动圈厚度在1.3 m左右，属于中小松动圈，加强支护效果可以满足安全生产的要求。

钻孔测井技术探测覆岩结构及其关键层判识

关键层对采场覆岩运动起主要控制作用，其破断对工作面矿压显现有较大影响。为了探测工作面顶板覆岩结构并判别覆岩运动中的关键层，基于随钻测振数据与岩石强度耦合关系，在山寨煤矿井下有代表性位置采用钻孔取芯、钻孔窥视、随钻测振3者相结合的方法，通过钻孔窥视和岩样力学试验得到岩石岩性及其强度的精准探测结果，并对钻杆的振动能量与岩石强度进行拟合分析，建立了相关岩体结构识别模型，最终对覆岩中的关键层进行判别。结果表明：岩石静、动弹性模量以及抗压强度3种力学参数都分别与测振能量呈正相关关系，由此可应用KSPB软件对煤层顶板覆岩进行关键层精准判别。

基于有限元与实测数据的掘进机回转台振动特性分析

为探索掘进机振动特性的可靠分析方法，针对掘进机回转台因长期承受较大多变应力-应变而发生断裂的情况，研究了掘进机回转台的振动特性分析方法。将井下实测数据与仿真模型相结合，通过有限元软件，采用软件建模与实际载荷输入结合的方法，对掘进机回转台的振动特性进行分析。首先完成其在截割过程中的受力分析；并通过Pro/E与ADAMS建立掘进机回转台有限元模型，并对掘进机在巷道掘进过程中的载荷数据进行采集，将数据进行选取、处理与组合建立仿真载荷并将其导入模型，得到最接近实际工况的有限元模型；然后通过ADAMS进行振动模态分析，求解了掘进机回转台的前6阶固有频率、振型及振动响应的功率谱密度，同时开展了掘进机回转台的模态试验进行对比。结果表明，该分析方法与试验结果在振型与各阶频率上均保持一致，平均偏差仅为11.83%，最小偏差仅为为2.41%，并分析了出现偏差的原因，证明其可以对掘进机回转台结构修改与动力特性改善提供参考依据。