王家塔煤矿巷道围岩变形实测及数值模拟研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenzhuqing
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三维激光扫描技术因其高效、快速、海量、无接触的技术特点已广泛用于各个工程领域,但是三维激光扫描技术应用于井下巷道围岩变形监测中的案例却少之又少。本文结合王家塔煤矿实际生产,针对101工作面开采过程中101辅运巷道顶板变形破坏严重、支护体失效、后期支护维护困难等问题,以邻近201工作面开采为研究区域,利用三维激光扫描技术监测获取201工作面推进过程中201辅运巷道顶板的变形实测数据,阐述三维激光扫描技术动态监测井下巷道围岩变形中的应用情况,结合数值模拟分析影响201辅运巷道围岩变形的影响因素,本文主要工作如下:(1)设计三维激光扫描监测方案,评估数据质量并对扫描方案进行优化。首先根据井下巷道实地勘探结果,设计三维激光扫描监测方案,布设控制点和反射片;其次井下条件复杂,有效扫描距离较地面有效扫描距离减少明显,点云密度低,细节丢失严重;最后针对本次巷道监测方案的不足进行优化改进,建议三维激光扫描技术应用于井巷变形监测工程中时相邻测站点间距不宜超过50m,同时利用激光测距仪进行巷道围岩收敛监测,监测结果也可与扫描数据进行相互验证;(2)点云预处理及提取巷道顶板的变形数据。首先针对巷道点云拼接和点云滤波处理过程中出现的问题,提出一种适用于井下巷道的点云拼接和滤波的方法,效果显著。根据点云提取的数据显示:201工作面推进过程中顶板各区域发生不均匀形变,近采空区区域最先发生形变且形变量较大,变形最剧烈区域相对于采面有一定滞后;随着工作面开采持续进行,巷道顶板各区域变形值均逐渐增加;巷道顶底板总体形变量较小,监测结果可靠;(3)巷道围岩变形数值模拟。首先利用数值模拟软件获得工作面开采过程中巷道围岩位移时空变化情况,分析巷道顶板的沉降规律;其次探究201工作面开采过程中开采速度、开采深度、煤层厚度、煤柱宽度四种因素对巷道围岩变形的影响关系;最后建立辅运巷道顶板沉降预计函数模型并应用于工程实践中。
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