红外热成像技术对十度倾斜地层深埋巷道底鼓进行煤矿测温

随着浅埋资源的枯竭，中国越来越多的煤矿开始关注深煤资源。随着采矿深度的增加，超过一半的深埋巷道和暗室受到大变形的威胁。底鼓是一种由于大变形破坏发生在深埋的巷道中的现象，造成大量金钱损失，极大地影响了安全生产。如何进行煤矿测温已经成为重要的工程问题。因此，对巷道底板隆起的研究将有助于理解底板隆起的机理，甚至有助于解决问题。

近年来，许多学者已经使用包括数值模拟，实验室实验和现场煤矿测温在内的各种方法研究了巷道的破坏和稳定性。通过理论分析和相似性模拟测试研究了底鼓的机理。从2001年开始，越来越多的研究人员通过数值模拟研究了底鼓的机理和控制方法，通过小型模型试验研究了与挖掘相关的问题。并且进行了小规模模型测试，以研究隧道工作面的破坏机理。通过数值模拟研究了在潮湿条件下在膨胀地面中的隧道底鼓。通过现场调查和地质调查分析了软岩隧道地表隆起的发生机理。

图为煤矿巷道

同时也进行了许多模型测试，以研究道路开挖时周围的红外热成像（红外温度）特征，以研究液压膨胀螺栓支撑的软岩巷道中底鼓的控制效果。通过模型试验和数值模拟研究了弱夹层对隧道周围岩体破坏模式的影响。通过地质力学模型试验分析了边坡的开裂，稳定性和加固。使用模型试验研究了厚顶煤深巷道的围岩变形和破坏机理。由于现场实验和现场测试都受时间和成本的限制，物理模型测试和数值模拟是进行岩土工程结构研究的两种更有用的方法。模型测试在研究岩土工程结构的稳定性和破坏中起着重要作用。

开挖巷道时，地面起伏是巷道的一种典型破坏形式，经常发生。同时，地层的倾斜角度对巷道的稳定性和破坏机理产生影响。但是，很少有物理模型试验用于研究楼板起伏破坏，很少有学者将地层倾角纳入考虑范围。红外热成像技术是一种无损遥感技术，已广泛用于检测混凝土和岩石的不稳定裂纹扩展和缺陷合并的发生。已经结合红外热像仪的物理模型进行了研究，以研究在0、45、60和90度倾斜岩层中的巷道开挖，但是尚未对10个轻微倾斜岩层中的巷道进行研究。实际上，在缓慢倾斜的地层中有一些巷道，其倾角接近10°。在以前的工作中，主要研究巷道开挖时围岩的红外热成像特征，而关于围岩的应变变化特征和破坏机理的研究很少。为了研究深层微倾角地层的巷道底鼓，进行了配备了最先进的红外热像仪和接触测量方法的缩小规模的物理模型试验，以研究底鼓。利用红外热成像图像数据，研究了侧压力系数对地面升沉破坏，地层破坏模式以及围岩在不同水平应力作用下应力变化的影响。研究了地层破坏发生时的温度变化特征。

图为红外热像图

在巷道底鼓起伏的过程中，采用红外热像仪和摄像机对煤矿测温，来捕获巷道截面的热响应和位移，同时，在围岩中安装圆形布置的应变仪来测量巷道截面变形。通过对获取的红外热像图，视频照片和应变场变化的综合分析，研究了地面起伏和破坏研究表明，巷道底鼓发生的关键位置在右上角。随着水平应力的增加，巷道右上角的切向拉伸应力增大，巷道左脚角的切向应力由拉伸应力转变为压应力，切向压应力上升。同时，脚拐角和巷道底部的法向拉应力增大。岩体破坏伴随着异常的温度变化，当岩体产生新的裂缝和裂缝时，其温度下降；当岩体表现出摩擦位错时，其温度回升。水平应力对地面起伏有很大的影响。当水平应力较小时，发生地板断裂，当水平应力达到阈值水平时，将发生地板起伏。

轻微倾斜地层巷道底鼓失稳的机理是：首先，当地层受到破坏并产生裂缝时，其强度会降低。则地面位移将引起车道截面的不对称变形。同时，地板受到朝向开口自由面的高拉应力，并使地板地层分离并起伏；最后观察到地板起伏破坏。