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《西安科技大学》 2009年
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基于光纤光栅监测的厚松散层井筒变形预测研究

邱标  
【摘要】: 我国华东地区的淮北、大屯、徐州、兖州、淮南等矿区相继有百余个立井井壁发生了不同程度的破坏,系该地区巨厚松散层底部含水层的疏排水固结沉降所致。使用正确、有效的监测方法预测预报含水层固结沉降变形,及时识别从微观到宏观的变形特征,是避免上述灾害的根本所在,有着非常重要的意义。 研究了我国华东地区厚松散层立井井筒破坏的基本特征和规律,井筒破坏的工程地质条件,分析了井筒破坏过程及发生机制。基于含水层Terzaghi固结理论,研究底部含水层疏水沉降变形规律,分析了松散层沉降时井壁外表面剪切力,建立了井壁竖直附加应力的计算模型,提出了井壁破坏的校核方法。 研究了松散地层变形与载荷传递规律,井筒稳定性分析及强度校核方法和流程,并给出一个井筒强度校核的实例。基于井筒破坏的各种预测方法的经济技术比较,提出了一种“以光纤光栅监测为主,其它几种监测方法为辅,多种监测方法相结合”的综合井筒安全性评价与预测系统。 采用钻孔植入式光纤Bragg光栅监测松散地层沉降变形,建立钻孔植入式光纤Bragg光栅岩层变形监测力学模型,进行了应变传递理论分析,得出了应变传递率随水泥砂浆弹性模量、泊松比和钻孔直径的变化规律,并设计了应用于岩层变形监测的光纤Bragg光栅传感器,计算了该传感器在拟定钻孔直径下的应变传递系数,分析了底部含水层应变与井壁竖直附加应力的关系。 针对济宁三号煤矿风井松散层的沉降变形进行了钻孔植入式光纤Bragg光栅传感检测方法的应用,开发了岩层变形光纤Bragg光栅传感监测软件,实现了对地层沉降变形的实时在线监测,监测结果反映松散地层沉降变形的过程,能够预测井筒真实受力变形情况,为井筒的破坏预测和及时维护提供了依据。
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