基于一孔多点式应力与位移监测系统的掘进巷道冲击危险性评价

张宁博^1,2,3，王建达^1,2,3，秦凯^1,2,3，赵善坤^1,2,3，杨岁寒⁴，邓志刚^1,2,3，丁传宏⁵

1. 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院2. 煤炭科学研究总院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室3. 北京市煤矿安全工程技术研究中心4. 河南大有能源股份有限公司耿村煤矿5. 义马煤业集团股份有限公司防治冲击地压处

摘 要：随着煤矿开采深度逐年增加,深部掘进巷道冲击地压灾害愈发严重,研究其监测预警及评价技术具有十分重要的意义。为科学评价深部巷道掘进过程中的冲击危险性,解决其冲击地压实时预警问题,基于掘进巷道围岩弹塑性力学模型,分析其失稳的应力和应变条件;以强冲击倾向性煤体为试验对象,模拟巷道掘进过程煤体受力过程,开展"固定轴压-加围压""加轴压-卸围岩"两种应力路径下煤体破坏过程中应力与位移梯度演化特征研究;基于光纤光栅测量原理及分布式测量的优势,研发一孔多点式应力与位移监测系统并开展系统性能测试;以应力梯度和位移梯度为评价指标,构建巷道冲击危险性评价指标体系;基于层次分析和模糊数学理论,提出掘进巷道动态冲击危险性评价方法;研究成果在典型冲击地压矿井开展工业试验。结果表明:随着应变梯度和应力梯度的增大,掘进巷道煤体的冲击危险程度增加,开采扰动引起的煤体采动应力梯度以及横向应变梯度可作为表征掘进巷道冲击危险性的特征参量;一孔多点式光纤光栅应力与位移监测系统能够实现应力和位移的实时测量,经测试应力计误差为1.54%,位移计最大误差为3.78%;通过工业试验,初步验证了基于一孔多点式应力与位移监测系统的掘进巷道冲击危险性评价技术的现场适用性。

关键词：冲击地压;一孔多点;光纤光栅;掘进巷道;应力与位移梯度;