保护层开采下伏煤岩卸压效应及其光纤监测

保护层开采卸压效果评价及范围划定是保护层开采防冲技术应用的重要指标.以呼吉尔特矿区葫芦素煤矿上保护层开采为研究背景,通过理论分析、光纤传感现场实测相结合的方法,分析了上保护层开采后底板破坏深度,获得了上保护层开采后下伏煤岩体应力分布规律,被保护层应力释放率及其变化特性,得出了被保护层卸压角和底板破坏深度等参数.设计了 3个钻孔将光纤植入工作面底板,实现了底板煤岩体的走向90.36 m、倾向128.47 m、垂向36.45 m空间范围内的卸压效果的实时监测.获得了工作面推进从-300～+255 m的保护层卸压监测数据.结果表明,上保护层开采底板煤岩体应力沿推进方向可划分为"原岩应力—应力集中—应力释放—应力恢复"4个阶段,应力集中阶段位于工作面前方60 m范围内,应力释放阶段位于工作面后方8～10 m以后区域,应力恢复阶段在工作面后方58～67 m以后区域.保护层开采后底板应力释放率具有明显的空间效应,垂直方向上应力释放率峰值波动范围为4.2％～71.6％,应力释放率峰值随底板深度增加呈负对数减小.水平方向上应力释放率峰值位置与底板深度之间呈对数关系增大,底板深度越大应力释放率峰值滞后工作面距离越远.将应力释放率为10％作为卸压临界值,确定了 2-2中煤倾向卸压角为53.7°,走向卸压角为63.5°,光纤光栅和分布式光纤监测系统测得的临界卸压深度分别为29.8和30.0 m,与理论计算结果偏差为1.1％～1.3％.分布式光纤测得的最大应力释放率为24.5％,光纤光栅测得的最大应力释放率为63.3％～81.0％.最后,分析了分布式光纤传感技术和光纤光栅测试在保护层开采卸压效果监测中的测试结果差异,对比了光纤测试和经验公式计算的底板破坏深度.光纤传感技术为保护层开采卸压范围监测方法提供了一种新的手段,实现了数据采集、空间维度上对被保护层卸压效应的分布式、连续监测.