紅外熱成像技術對十度傾斜地層深埋巷道底鼓進行煤礦測溫

       隨著淺埋資源的枯竭，中國越來越多的煤礦開始關注深煤資源。隨著采礦深度的增加，超過一半的深埋巷道和暗室受到大變形的威脅。底鼓是一種由于大變形破壞發生在深埋的巷道中的現象，造成大量金錢損失，極大地影響了安全生產。如何進行煤礦測溫已經成為重要的工程問題。因此，對巷道底板隆起的研究將有助于理解底板隆起的機理，甚至有助于解決問題。
      近年來，許多學者已經使用包括數值模擬，實驗室實驗和現場煤礦測溫在內的各種方法研究了巷道的破壞和穩定性。通過理論分析和相似性模擬測試研究了底鼓的機理。從2001年開始，越來越多的研究人員通過數值模擬研究了底鼓的機理和控制方法，通過小型模型試驗研究了與挖掘相關的問題。并且進行了小規模模型測試，以研究隧道工作面的破壞機理。通過數值模擬研究了在潮濕條件下在膨脹地面中的隧道底鼓。通過現場調查和地質調查分析了軟巖隧道地表隆起的發生機理。

      同時也進行了許多模型測試，以研究道路開挖時周圍的紅外熱成像（紅外溫度）特征，以研究液壓膨脹螺栓支撐的軟巖巷道中底鼓的控制效果。通過模型試驗和數值模擬研究了弱夾層對隧道周圍巖體破壞模式的影響。通過地質力學模型試驗分析了邊坡的開裂，穩定性和加固。使用模型試驗研究了厚頂煤深巷道的圍巖變形和破壞機理。由于現場實驗和現場測試都受時間和成本的限制，物理模型測試和數值模擬是進行巖土工程結構研究的兩種更有用的方法。模型測試在研究巖土工程結構的穩定性和破壞中起著重要作用。
      開挖巷道時，地面起伏是巷道的一種典型破壞形式，經常發生。同時，地層的傾斜角度對巷道的穩定性和破壞機理產生影響。但是，很少有物理模型試驗用于研究樓板起伏破壞，很少有學者將地層傾角納入考慮范圍。紅外熱成像技術是一種無損遙感技術，已廣泛用于檢測混凝土和巖石的不穩定裂紋擴展和缺陷合并的發生。已經結合紅外熱像儀的物理模型進行了研究，以研究在0、45、60和90度傾斜巖層中的巷道開挖，但是尚未對10個輕微傾斜巖層中的巷道進行研究。實際上，在緩慢傾斜的地層中有一些巷道，其傾角接近10°。在以前的工作中，主要研究巷道開挖時圍巖的紅外熱成像特征，而關于圍巖的應變變化特征和破壞機理的研究很少。為了研究深層微傾角地層的巷道底鼓，進行了配備了最先進的紅外熱像儀和接觸測量方法的縮小規模的物理模型試驗，以研究底鼓。利用紅外熱成像圖像數據，研究了側壓力系數對地面升沉破壞，地層破壞模式以及圍巖在不同水平應力作用下應力變化的影響。研究了地層破壞發生時的溫度變化特征。

圖為紅外熱像圖

      在巷道底鼓起伏的過程中，采用紅外熱像儀和攝像機對煤礦測溫，來捕獲巷道截面的熱響應和位移，同時，在圍巖中安裝圓形布置的應變儀來測量巷道截面變形。通過對獲取的紅外熱像圖，視頻照片和應變場變化的綜合分析，研究了地面起伏和破壞。研究表明，巷道底鼓發生的關鍵位置在右上角。隨著水平應力的增加，巷道右上角的切向拉伸應力增大，巷道左腳角的切向應力由拉伸應力轉變為壓應力，切向壓應力上升。同時，腳拐角和巷道底部的法向拉應力增大。巖體破壞伴隨著異常的溫度變化，當巖體產生新的裂縫和裂縫時，其溫度下降；當巖體表現出摩擦位錯時，其溫度回升。水平應力對地面起伏有很大的影響。當水平應力較小時，發生地板斷裂，當水平應力達到閾值水平時，將發生地板起伏。
      輕微傾斜地層巷道底鼓失穩的機理是：首先，當地層受到破壞并產生裂縫時，其強度會降低。則地面位移將引起車道截面的不對稱變形。同時，地板受到朝向開口自由面的高拉應力，并使地板地層分離并起伏；最后觀察到地板起伏破壞。