国家自然科学基金(41027002)
- 作品数：39 被引量：330H指数：12
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- 相关机构：西安科技大学教育部能源集团更多>>
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- 相关领域：矿业工程自动化与计算机技术电子电信更多>>
- 采场上覆岩层沉降变形的光纤检测实验被引量：26
- 2013年
- 为定量化研究相似材料模型实验岩层变形过程,用光纤光栅传感技术构建相似材料模拟实验的上覆岩层移动的监测方法和系统。在实验室模拟煤矿采场上覆岩层沉降变形,在0.5 m平面模型上使用2～6个不锈钢封装光纤Bragg光栅传感器和醋酸乙烯封装光纤Bragg光栅传感器,制作了3个500 mm×425 mm×73 mm的相似材料模型,几何相似比1∶800,同时在模型对应位置使用了2～3个百分表,研究模型开挖过程中岩层沉降变形与光纤光栅传感器测试结果的对应关系。实验表明,模型岩层沉降变形与引起的传感器波长漂移量变化线性相关,单位下沉量引起的不锈钢、醋酸乙烯塑料封装光纤Bragg光栅传感器波长漂移量分别为66.17～290.46,778.19 pm/mm,光纤光栅传感器可以感知水平位移和垂直位移的变化,为相似模型内部应力应变检测提供了手段。这种方法可以用于模型上覆岩层移动的实时检测。
- 柴敬赵文华李毅崔晨王道成
- 关键词：光纤BRAGG光栅传感器相似材料模型
- 基于FBG-BOTDA联合感测的岩层运动试验研究被引量：3
- 2016年
- 为研究采场上覆岩层运动过程中的应力应变,将准分布式布拉格光纤光栅技术(FBG)和基于脉冲预泵浦布里渊光时域分析的分布式光纤传感技术(PPP-BOTDA)联合应用于相似材料模型试验的测试中。在2 m平面应力模型内埋设2根分布式传感光纤和2个光纤光栅应变传感器,模型尺寸2 000 mm×180 mm×1 700 mm,几何相似比1∶250,测试主关键层由弯曲下沉发育至断裂的变形运动过程。试果表明,2煤开采过程中分布式传感光纤应变曲线体现了岩层的连续变形下沉,曲线中间位置出现应力集中;3煤开采过程中分布式传感光纤应变曲线体现了发生断裂的岩层运动,断裂后的岩层应力得到释放;连续变形下沉的岩层FBG传感器应变曲线呈宽缓峰状,应变值达到4 367.48με;断裂的岩层曲线呈尖峰状,最大应变值达到4 892.82με.实现了模型试验中主关键层由连续体转变为半连续体过程的实时监测。
- 柴敬孙亚运钱云云宋军马伟超李毅
- 关键词：温度补偿岩层运动
- 水泥砂浆试件单轴压缩光纤光栅检测实验
- 2013年
- 为了检测岩层内部变形及其发展过程,采用埋入光纤Bragg光栅传感器的方法对水泥砂浆试件变形进行监测。制作了9种配比,36个试件,在实验室分别用MTS-815伺服试验机和WE-30型万能材料试验机进行了单轴压缩实验,并对3个埋有光纤光栅传感器的水泥砂浆试件作了深入分析。研究表明,埋入试件内部的光纤传感器在变形范围内能反映出试件内部的摩擦、滑移等现象;灰砂比为1,水灰比为0.5时抗压强度和弹性模量最大,泊松比差别很小,且无论水灰比怎么变化,试件都有抗压强度和弹性模量减小,泊松比增大的趋势;得出了最有利的封孔砂浆配比。
- 柴敬李旭娟李毅王刚
- 关键词：单轴压缩光纤BRAGG光栅
- 分布式光纤监测的采场巨厚复合关键层变形试验研究被引量：11
- 2020年
- 为了深入探究采场上覆巨厚复合关键层的移动变形规律,以义马矿区的地质条件为背景,利用计算机软件(KSPB)判别覆岩关键层位置;根据高位关键层与工作面推进长度的空间位置关系,结合符拉索夫厚板理论对其进行力学分析与计算;搭建三维立体模型(3.6 m×2.0 m×2.0 m)进行物理模拟试验,采用压力传感器测试采场支承压力,分布式光纤传感技术(BOTDA)监测覆岩动态变形过程,多点位移计测试岩层内部位移,并将3种测试结果进行综合对比分析。结果表明:复合关键层破断距理论计算值与物理模型试验测量值基本一致,传感光纤频移峰值在数值、位置、形状上的变化可反映覆岩关键层弯曲变形、破断、回转的动态演化过程;当工作面1推进至960 m时,40 m厚亚关键层一细砂岩(煤层上方112 m位置)中的传感光纤V 11出现了4次频移峰值,分别为438.98,313.85,304.27和288.97 MHz,发生了4次破断,初次破断距为368 m,周期破断距为186 m,处于垮落带;160 m厚亚关键层二下组巨厚砾岩(煤层上方225 m位置)中的传感光纤V 12出现了1次频移峰值,为165.94 MHz,仅发生1次破断,初次破断距为736 m,但结构未失稳,处于裂隙带;250 m厚主关键层上组巨厚砾岩(煤层上方386 m位置)中的传感光纤V 13最大频移峰值为38.61 MHz,远远小于光纤V 11和V 12的频移峰值,仅发生微小弯曲变形,处于弯曲下沉带。工作面2覆岩变形规律与工作面1趋势基本一致,但关键层在工作面1的破断距离比工作面2大。随开采范围增大,巨厚复合关键层自下而上逐步发生破断,会出现同步和非同步破断现象,增大了采场围岩失稳的不确定及控制难度,易诱发矿井动力灾害。
- 柴敬雷武林杜文刚张丁丁张丁丁马哲
- 关键词：分布式光纤传感
- 基于光纤光栅传感技术的顶板离层仪研发及应用被引量：4
- 2015年
- 为了及时准确地发现顶板离层信息,并采取相应的措施预防巷道冒顶,必须对顶板离层量进行实时监测,根据光纤光栅传感原理研制了新型光纤光栅顶板离层仪,并在实验室对该顶板离层仪进行标定试验。试验与理论及应用分析结果表明:该光纤光栅顶板离层仪组成的全光纤顶板离层在线监测系统,具有测量精度高、长期稳定性好、信号传输距离远以及本质安全等优点,给顶板离层的长期在线监测提供了一种行之有效的手段。
- 李毅王帅柴敬
- 关键词：光纤光栅传感技术顶板离层仪本质安全在线监测
- 光纤光栅检测的锚杆拉拔实验研究被引量：24
- 2012年
- 为了实现煤矿锚杆受力过程及安全状态的长期连续监测,用光纤光栅传感技术构建锚杆支护的监测系统并做了实验.在实验室模拟煤矿井下巷道锚杆支护的受力过程,使用Φ18的金属锚杆,实验拉拔载荷达到76.44kN,采用3个沿杆身安装的光纤光栅传感器测试轴向应变,1个光纤光栅端头式测力计测试锚杆端部轴力,在杆身对应位置安装3个电阻应变片,研究锚杆端部轴力和杆身应变的变化.拉拔实验表明,光纤光栅端头式测力计检测锚杆轴力与杆身光纤光栅传感器、电阻应变片测试应变结果相一致,杆身光纤光栅传感器的应变传递系数为0.879.光纤光栅端头式测力计具有可重复使用、易于安装和保护的优点.
- 柴敬赵文华李毅王道成崔晨
- 关键词：光纤光栅传感技术锚杆
- 基片式光纤光栅应变传感器的应变传递研究被引量：12
- 2014年
- 为了实现光纤光栅传感器对基体表面应变的准确监测,以基片式光纤布拉格光栅(FBG)传感器为研究对象,推导了基片式FBG应变传感器所测应变与基体应变之间的关系,即应变传递系数表达式。实验上,将实验室封装的铜基片式应变传感器黏贴在圆柱形试件上,测定了该传感器的应变传递系数。结果表明,理论所得的应变传递系数与实验所测的应变传递系数之间的误差很小,证明了应变传递系数推导的合理性,为基片式传感器的封装和使用提供了理论指导。
- 张桂花柴敬李旭娟弥旭锋李毅郝蕾
- 关键词：光纤光学传感器封装
- 分层开采下分层大断面开切眼顶板稳定性评估被引量：1
- 2022年
- 为了研究分层开采下分层工作面大断面开切眼顶煤稳定性问题,以大柳塔煤矿活鸡兔井1-2煤层下分层203开切眼顶煤的14个钻孔为研究背景,采用理论分析、数值模拟和现场钻孔窥视分析了上分层开采与下分层开切眼掘进对开切眼顶煤塑性区的影响,并通过岩体完整性指数对顶板结构稳定性进行评价。从顶煤结构形态来看,由于上分层开采造成开切眼顶煤局部超挖或欠挖现象,开切眼的最大超挖量为1.2 m,最大欠挖量为0.8 m,顶煤不平整率为27.7%。理论分析结果表明:受上分层开切眼顶煤采动影响,底煤塑性区深度为2.02 m;受下分层开切眼掘进扰动影响,顶煤塑性区深度为1.50 m。钻孔窥视结果表明:将开切眼顶煤塑性区分别按理论计算和钻孔窥视划分为理论塑性区与实测塑性区,上分层采动影响造成的底板实测塑性区深度范围为1.06~2.04 m,下分层开切眼掘进扰动影响造成的顶煤实测塑性区深度范围为0.34~1.50 m,上分层采动影响造成的底板实测塑性区比理论塑性区平均小17.63%,下分层开切眼掘进扰动造成的顶煤实测塑性区比理论塑性区平均小25.82%。数值模拟分析结果表明:上分层采动影响造成的底煤塑性区深度范围为1~2 m,下分层开切眼掘进扰动影响造成的顶煤塑性区深度为1 m。上述3者所得结果一致性程度较高。开切眼顶煤稳定性评价结果表明:顶煤完整性指数范围为42.9%~87.9%,顶煤厚度与完整性指数呈正相关,与裂隙发育呈负相关,顶煤完整性评价为良好以上的占比超过1/2,说明顶煤整体结构基本完整。该研究结果可为分层开采下分层大断面开切眼同类工矿条件的顶煤厚度留设及支护方案设计提供参考。
- 柴敬乔钰高士岗高登彦陈苏社吕情绪杜文刚韩志成
- 关键词：巷道围岩厚煤层分层开采大断面开切眼钻孔窥视
- 基于贝叶斯算法优化的CatBoost矿压显现预测被引量：1
- 2023年
- 通过传统的监测手段获取矿压数据并采用统计学或机器学习算法对矿压进行预测已不能满足矿山智能化发展要求,需要寻求新的方法提升矿压数据监测及矿压预测的准确性和实时性。基于三维相似物理模型试验,搭建分布式光纤监测系统,沿模型走向和高度2个方向预埋分布式光纤,在模拟工作面开采过程中采集来压数据,并引入光纤布里渊频移平均变化度作为判断是否来压的指标;通过对光纤监测数据进行噪声去除、归一化及相空间重构等预处理,将一维初始监测数据转换为三维数据;使用贝叶斯算法对CatBoost算法进行迭代参数寻优,在达到最大迭代次数后将最优参数组合装载到CatBoost算法中,通过训练得到矿压显现预测模型。结果表明:贝叶斯算法比传统网格搜索法的迭代次数更少、误差更小;与随机森林(RF)、梯度提升决策树(GBDT)和极值梯度提升树(XGBoost)算法相比,CatBoost算法的预测精度更高、泛化能力更强;基于贝叶斯算法优化的CatBoost矿压显现预测模型能准确预测出测试集中的3次来压,且整体预测趋势与实测值较为吻合,平均绝对误差为0.0091,均方根误差为0.0077,决定系数为0.9339。
- 柴敬张锐新欧阳一博张丁丁王润沛田志诚刘泓瑞韩志成
- 关键词：分布式光纤相空间重构
- 覆岩载荷扰动下平硐围岩变形分析及支护优化被引量：2
- 2023年
- 传统的收敛仪、三维激光扫描等矿山巷道围岩变形监测技术无法满足复杂工程全面监测需求,实时及自动化监测程度低,且不具备长距离、高精度和大面积监测能力,而现有光纤传感技术仅针对巷道围岩的单一参量进行监测,无法全面分析巷道围岩稳定状况。以某煤矿主平硐为工程背景,采用数值模拟研究了平硐上方填土前后的围岩稳定性,结果表明:填土工程导致平硐两帮围岩支承压力升高,且呈不对称分布;顶板最大下沉量由填土前的8.3 mm增至22.1 mm,最大底鼓量由4.0 mm增至8.5 mm,两帮移近量最大增幅为16.2 mm;围岩变形量与支承压力对应性较强,呈现随平硐上方填土厚度增大而增大的特征。采用光纤布拉格光栅(FBG)传感器构建了平硐围岩变形监测系统,在平硐断面设置FBG传感器监测平硐拱顶裂缝张开度、顶底板及两帮变形量、断面应力应变等,通过实时光谱图分析围岩局部变形情况,结果表明平硐在现有料石砌碹支护状态下,受上覆载荷扰动影响,顶板受压明显,顶板最大下沉量约为30 mm,形成约2 mm宽的裂缝,且监测结果与数值模拟、现场观测结果相符,验证了基于FBG的平硐围岩稳定性监测方法的有效性。根据监测结果,针对平硐支护薄弱处提出了锚杆+T型钢板的补强支护方案,通过数值模拟对其支护效果进行验证,结果表明优化支护方案后,在覆岩载荷扰动下平硐顶板最大下沉量为11.3 mm,两帮最大移近量为12.04 mm,围岩变形量平均降幅达48.8%,提高了围岩稳定性。
- 柴敬刘泓瑞张丁丁刘永亮韩志成田志诚张锐新
- 关键词：围岩稳定性围岩变形监测光纤传感支护优化
