煤巷层状顶板锚固体波导特性及失稳模式

层状结构是煤巷中常见的顶板岩层类型，锚杆支护是其首选的加固方式，目前存在巷道局部冒顶问题。锚杆支护煤巷顶板失稳因素较多，锚固质量是最重要因素。顶板失稳与锚固质量有关，锚固质量与其波导特性有关，因此，支护效果无损检测是有效防止其冒顶的重要方法。申请者利用微震仪配合特制的锚尾检波器，捕捉现场具有不同失稳特征的煤巷顶板区域、相应的实验室平面应变相似模型锚固体的波导特征。利用FLAC中的动力分析模块，对各方案顶板锚固体波传播特征进行模拟。三者综合对比分析，确定煤巷失稳前兆波导特征信息指标，利用定量地震学中的平面波理论，获得煤巷顶板锚固体波导特性与失稳模式关系及相应经验公式。为快速及时预测煤巷冒顶隐患，利用模式识别技术，以煤巷失稳前兆波导特征指标为核心，开发基于煤巷层状顶板锚固体波导特性的失稳模式智能识别系统。

层状结构顶板是煤巷中常见的顶板岩层类型，锚杆支护是其首选的加固方式，在几百米、甚至上千米长度的锚杆支护巷道中经常出现局部区域冒顶事故，造成巨大的危害。锚杆支护的煤巷顶板失稳因素较多，锚固质量是最重要的影响因素，目前对锚固质量进行检测常用的方法是拉拔检测法和套孔取岩芯方法，但由于这两种方法都有一定局限性和破坏性，不能在现场得到广泛应用。由于锚固体的锚固质量与其自身的波导特性相关，因此支护效果的无损检测是有效防止其冒顶的一种有效方法。课题组利用离散元软件，采用反分析的方法，对四类失稳模式（不失稳、中等失稳、易失稳、极易失稳）煤巷层状顶板锚固体进行数值模拟分析，根据模拟效果（无冒顶、1/3顶板冒落、1/2顶板冒落、整体冒落）分别得到四类失稳模式煤巷可能的组合方案。在实验室开发一种针对煤巷锚杆的锚固质量无损检测仪，采用不同的激振频率，对四类失稳模式煤巷的组合方案分别进行实验室物理模拟及数值模拟对比试验，得出不同锚固情况下的锚固体的波导特性，总结得出煤巷顶板锚固体失稳前兆波导特征信息指标。应用定量地震学中的平面波理论，对煤巷层状顶板锚固体中的应力波传播规律进行分析，得出基于三维柱坐标下煤巷层状顶板锚固体声波传播特征经验公式。采用向量表示法描述了煤巷层状顶板锚固体失稳前兆特征信息，利用BP神经网络的训练层对大量现场采集的前兆信息进行训练，开发了基于锚固体波导特性的煤巷层状顶板失稳模式智能识别系统，实现煤巷冒顶隐患的及时智能化预报。