基于千米深井构筑物的动力灾变监测研究

鉴于我国煤炭开采深度逐年增加，超千米深井不断增多、地质条件更加复杂的发展趋势，由此所造成的井下动力灾害也将更加严重与普遍。但因这一动力灾害的预报预测涉及到多学科的交叉运用，从而造成预报预测的困难。因此，本项目拟结合区域构造和矿井构造对应力场控制的前提条件下，通过千米深井中的井筒和巷道等构筑物，分别利用光纤静态测量系统和动力监测系统对C80级高强纤维混凝土井壁监测，并通过大型井筒模型试验，真三轴应力状态下的静态与蠕变试验，导出高强混凝土与岩土的破坏准则和本构关系，探讨井壁破坏机理；利用三角测量原理同时采用地面和井下监测定位系统进行事故定位；再用井下微震监测系统对区域地震、冲击地压、煤与瓦斯突出等进行时实监测。最后，根据监测与分析结果，对传感器选型、测点布置、数据传输接收方式、信号处理技术于一体的优化处理，并通过模拟与仿真，形成可具操作性的工法；从而为煤矿高效安全生产、日常监控管理等奠定基础。

本项目《基于千米深井构筑物的动力灾变监测研究》(41172317)始于2012年1月，完成于2015年12月。经过4年的认真研究，顺利完成了预期研究内容和目标，并为下一步的相关研究和工程应用，又拓展了部分研究内容。现将研究成果汇集成本结题报告，主要研究内容共分5部分25章。其中，第1部分为单轴应力条件下的混凝土静力学性能，又分为上篇高强混凝土部分，中篇喷射混凝土部分，下篇轻骨料混凝土部分；第2部分为多轴应力条件下的混凝土静力学性能，分别对高强度混凝土和全轻混凝土进行了二轴、三轴受压试验和相应的破坏准则与本构关系研究；第3部分为钢筋混凝土构件的静力学性能，分别对全轻钢筋混凝土梁和柱、全轻与半轻混凝土的单向板和双向板进行了试验研究；第4部分为动力学部分，分别对金属锚杆、钢管和混凝土构件进行了无损检测研究；以及全轻混凝土的SHPB冲击试验和全轻钢筋混凝土梁的快速加载试验，并与相应的静力性能进行比较研究；第5部分为工程应用部分，制备了疏水混凝土，对全轻泡沫混凝土在内隔墙浇筑、地面和屋面垫层等应用方面进行了描述；动力学应用部分又包括现场锚杆无损检测方法、井筒破裂数值模拟、微地震源信号的确定方法、全轻钢筋混凝土结构、装配式钢结构的抗震性能分析等内容。.关键词：高强混凝土；轻集料混凝土；喷射混凝土；疏水混凝土；纤维；碳纳米管；钢筋混凝土；耐久性；井筒；多轴试验；破坏准则；本构关系；锚杆；加速度传感器；小波；分形；微地震；SHPB冲击试验；快速加载试验；抗震；有限元