基于多源数据信息融合的透明地质保障系统研发及应用——以唐家会煤矿为例

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作者 高耀全 《中国煤炭》 北大核心 2025年第9期92-102,共11页

透明地质作为智能开采的核心技术支撑,目前仍处于初级发展阶段,主要局限于静态探测手段,缺乏对复杂开采环境下实时灾害的有效应对能力。以唐家会煤矿为实践背景,基于云边端协同架构构建了包含地质钻探数据、物探数据、水文数据、随掘/... 透明地质作为智能开采的核心技术支撑,目前仍处于初级发展阶段,主要局限于静态探测手段,缺乏对复杂开采环境下实时灾害的有效应对能力。以唐家会煤矿为实践背景,基于云边端协同架构构建了包含地质钻探数据、物探数据、水文数据、随掘/随采动态探测数据的多源数据矢量网络和多功能集群服务及数据库的技术架构,实现地质信息透明化与多源数据融合;针对唐家会煤矿奥灰带压开采的水害隐患,研发了集成地表模型、智能钻探信息三维反演及地质模型等功能的可视化平台,实现地质数据的数字化分类存储与三维动态更新;同时,研发了采掘期间地震和防治水智能监测与感知分析系统,融合井上下一体化水文智能在线监测、微震监测应力变化及电法异常数据,通过三维水文地质模型动态更新实现掘进与回采面前方突水风险预测预报与防治水工程效果评估,形成水害防控为核心的透明地质保障体系。 展开更多

关键词 多源数据 信息融合 透明地质 保障系统 智能监测

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时空信息融合赋能下矿井底板水害透明化防治体系 被引量：2

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作者 刘再斌 晏俊生 +6 位作者 王江宏 高耀全 杨辉 白宝军 鲁晶津 王宏伟 王刚 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第5期130-141,共12页

【背景】矿井水害常造成巨大的人员伤亡,严重影响着煤矿安全开采。【方法】在实景三维建设、煤矿智能化不断推进的行业背景下,以内蒙古唐家会煤矿智能地质保障系统研发、底板奥陶系灰岩(简称奥灰)水害防治为例,详细阐述在时空信息赋能下... 【背景】矿井水害常造成巨大的人员伤亡,严重影响着煤矿安全开采。【方法】在实景三维建设、煤矿智能化不断推进的行业背景下,以内蒙古唐家会煤矿智能地质保障系统研发、底板奥陶系灰岩(简称奥灰)水害防治为例,详细阐述在时空信息赋能下,通过透明地质模型提升工作面回采周期内的矿井水害防治能力。【结果和结论】梳理了矿井水害防治过程中的时空信息与时空智能基本概念,并将水害防治过程分为超前预测预报、采前隐患探查、采中水害治理以及治后实时监测4个阶段,总结了各阶段水害时空探测方法、时空配准同步以及时空信息赋能模式,建立了基于透明地质模型的矿井水害全过程防治体系。具体而言,在透明地质模型构建及动态更新的基础上,利用微震监测、随采地震探测等装备提高预测预报频次及准确性,通过定向钻探、三维地震勘探精确圈定工作面底板异常区边界,结合井上定向长钻孔靶向治理,辅以孔中瞬变电磁以及孔间电阻率法对隐患异常区域进行循环注浆工程,治理完成后,随着工作面不断推进,将微震监测以及孔间电阻率法相结合,动态监测工作面底板导水裂隙发育、富水性分布变化情况。研究表明,将各阶段水害时空信息与透明地质模型相融合,能够形成二三维一体化的矿井水害透明化防治体系,从而为唐家会煤矿底板奥灰防治水工作提供有效支撑。 展开更多

关键词 煤矿智能化 实景三维建设 智能地质保障 底板奥灰水害 水害时空探测 内蒙古唐家会煤矿

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基于TIN-GTP算法的煤矿三维地质建模技术研究 被引量：8

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作者 王晓辉 刘再斌 +5 位作者 张东亮 马良 陈宝辉 雷晓荣 白宝军 晏俊生 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期41-48,共8页

【背景】煤矿三维地质模型是指导煤矿安全高效生产的重要前提,对实现煤炭精准开采和地质保障具有重要意义。特别是在复杂地质条件下,地质模型若不能准确描述构造和地层之间的关系,将会影响到煤矿生产过程中的采区规划、采掘工艺及生产... 【背景】煤矿三维地质模型是指导煤矿安全高效生产的重要前提,对实现煤炭精准开采和地质保障具有重要意义。特别是在复杂地质条件下,地质模型若不能准确描述构造和地层之间的关系,将会影响到煤矿生产过程中的采区规划、采掘工艺及生产效率等方面。【方法】以内蒙古桌子山煤田棋盘井煤矿为例,结合现场的地质资料、断层成果和验证结果,开展高精度的煤矿三维地质建模技术研究。首先,通过空间配准、交叉验证和联合反演等手段对地质数据进行融合,以获取更为精确的建模数据;其次,通过沉积构造规律研究,掌握沉积演化特征和构造发育规律;然后,通过不规则三角网-广义三棱柱(TIN-GTP)算法构建三维地质模型。【结果和结论】结果表明:基于该算法的建模技术能够有效、准确且快速地模拟任意复杂地质体,为处理地层不整合、地层尖灭、煤层分叉和断层切割等问题提供了便利。同时,构建了棋盘井煤矿矿井、采区、工作面及其顶底板等不同尺度地质模型,为实现矿井地质透明化智能开采提供了重要数据支撑。经验证,模型误差值均处于0.2 m以下,且0~0.1 m范围内占整体95%,表明该建模技术具有先进性与合理性。研究成果对于提升煤矿生产的安全性、效率性和可持续性具有重要意义。 展开更多

关键词 三维地质建模 TIN-GTP算法 特殊地质现象 棋盘井煤矿

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露天煤矿卡车无人驾驶道路设施设计及应用研究

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作者 赵红泽 丁震 +4 位作者 赵光辉 贾海钰 魏振瀚 王炳印 郭锦桦 《中国煤炭》 北大核心 2025年第3期84-92,共9页

露天煤矿通过引入无人驾驶运输系统,可实现卡车运输环节的少人化、无人化,在提高露天煤矿生产效率的同时还可以带来较大的经济效益。但是,露天煤矿无人驾驶运输作业对无人卡车运行路线、路面和路基、安全设施与附属工程等道路条件要求... 露天煤矿通过引入无人驾驶运输系统,可实现卡车运输环节的少人化、无人化,在提高露天煤矿生产效率的同时还可以带来较大的经济效益。但是,露天煤矿无人驾驶运输作业对无人卡车运行路线、路面和路基、安全设施与附属工程等道路条件要求较高。为了保障无人驾驶运输系统在露天煤矿的顺利运行,根据现场调研和参考现有标准,对露天煤矿无人驾驶运输系统道路开展了研究。在分析传统露天煤矿道路的特点基础上,结合无人驾驶对道路的特殊要求,从道路几何线形、车道设置、标志标识、路面、安全挡墙和停车区域管理、路侧感知系统7个方面提出了适应露天煤矿无人驾驶的道路设计。同时,根据无人驾驶的车-路-云一体化理念,提出了路侧感知通讯系统要求及建设内容,研究了无人驾驶卡车测试场的道路设施标准化设计,为促进露天煤矿无人驾驶运输智能化建设提供参考。 展开更多

关键词 露天煤矿 无人驾驶运输系统 道路设施设计 测试场地

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基于系统工程的透明矿井构建技术与应用实践

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作者 刘再斌 刘见中 +6 位作者 范涛 雷晓荣 李贵红 李卫 马良 李鹏 晏俊生 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期4110-4122,共13页

针对煤矿智能化高速发展对透明矿井的迫切需求,阐明了科学构建透明矿井技术体系的必要性。从理论层面诠释了透明矿井、地质保障以及透明地质的内涵与技术特征,论述了透明矿井与透明地质之间相互依存、相互协同的关系。创新性的应用系统... 针对煤矿智能化高速发展对透明矿井的迫切需求,阐明了科学构建透明矿井技术体系的必要性。从理论层面诠释了透明矿井、地质保障以及透明地质的内涵与技术特征,论述了透明矿井与透明地质之间相互依存、相互协同的关系。创新性的应用系统工程理论中的V模型思想,以透明矿井建设中的地质数据需求分析、地质模型分析评价、应用场景验证为主线,提出了以数据驱动、模型表达、场景应用为核心的多层级关联耦合的透明矿井系统工程技术体系架构。探讨了透明矿井技术体系架构实现的4大关键技术:多源巷-孔探测技术体系、多源异构数据融合、面向工程应用的动态地质模型更新和透明矿井实用场景构建。针对地质信息透明化探测的需求,研究了多源巷-孔探测技术体系中随掘地震实时探测、随采地震实时探测、定向长钻孔综合探测为核心技术手段的工作原理和数据处理流程;给出了一种融合物探、钻探、地质、工程等矿井数据的融合处理方法,实现对矿井多源异构空间地质数据的融合处理;为解决透明矿井应用场景支撑弱的难题,研发了涵盖采掘工作面地质透明化、隐蔽灾害地质透明化和工作面超前地质预测预报透明矿井实用场景关键技术体系,实现了透明矿井地质保障与生产业务场景的深度融合。通过对不同矿区3级透明地质保障系统构建、快速解决探掘协同平台、随采智能规划截割和超前立体预测预报4个方面的工程实践,进一步验证了系统理论具有较好的实践意义。 展开更多

关键词 透明矿井 煤矿智能化 系统工程理论 透明地质保障 多源异构数据融合

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煤矿开采工作面断层三维复杂度采动响应规律

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作者 晏俊生 刘再斌 +5 位作者 杨辉 武谋达 张永涛 周对对 李鹏 刘文明 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第5期160-175,共16页

断层作为煤矿地质构造的重要组成部分,其复杂程度直接影响煤矿采掘的稳定性及断层型灾害的发生。针对矿井级断层复杂度无法量化评价断层对工作面采掘作业影响的不足,提出一种将透明地质模型与数值模型相结合的工作面断层三维复杂度计算... 断层作为煤矿地质构造的重要组成部分,其复杂程度直接影响煤矿采掘的稳定性及断层型灾害的发生。针对矿井级断层复杂度无法量化评价断层对工作面采掘作业影响的不足,提出一种将透明地质模型与数值模型相结合的工作面断层三维复杂度计算方法。一方面,基于工作面透明地质几何模型,通过递归搜索算法及最小二乘原理对断层面曲面方程进行数学解析,获取断层面空间曲率特征;另一方面,以Anderson断层模型、M-C破裂准则为力学模型基础,构建含断层工作面数值模型,模拟开采条件下反映断层带活化程度的区域岩体应力累积水平特征。在此基础上,利用熵权法将2种断层特征相融合,对断层构造统计量进行补偿,将三维分形维数作为框架计算了采动条件下的全工作面断层三维复杂度。以彬长矿区大佛寺煤矿40103工作面为研究区,获取了开采位置距离DF5逆断层100、80、60、40、20、0 m时的工作面断层三维复杂度,并根据断层空间分布与微震数据分析了不同开采位置断层复杂度的变化趋势。研究表明:在40103工作面近DF5逆断层开采过程中,断层三维复杂度总体水平不断提高,结合断层分布情况发现,断层三维复杂度变化主要是因为采动过程中断层处于失稳状态,且随开采位置变化在横纵方向转移,靠近断层时尤为明显,此外,多断层交错区比单一断层受采动干扰更大,断层特征由单一结构向交错区域演化。同时,高能量微震事件也主要集中在断层三维复杂度较高的区域,其演化规律与断层三维复杂度变化趋势相似,断层结构越复杂,微震事件的空间分布越不均匀,高能量事件的发生频率也越高,说明了采动条件下工作面断层三维复杂度模型所反映的失稳状态转移现象与岩体应力变化的相关性。 展开更多

关键词 地质构造 透明地质模型 曲率特征 岩体应力 分形维数

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智能开采透明工作面系统研发与应用

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作者 安林 韩保山 +2 位作者 王少龙 王战锋 刘强 《中国煤炭》 北大核心 2025年第10期70-79,共10页

随着煤矿智能化建设的深入发展,透明工作面在智能开采中的重要性日益凸显。系统梳理了智能开采透明工作面系统技术体系、关键技术及应用功能,通过理论研究、数据分析等方法,构建了智能开采透明工作面系统,实现地质模型与设备模型的坐标... 随着煤矿智能化建设的深入发展,透明工作面在智能开采中的重要性日益凸显。系统梳理了智能开采透明工作面系统技术体系、关键技术及应用功能,通过理论研究、数据分析等方法,构建了智能开采透明工作面系统,实现地质模型与设备模型的坐标统一,打破“地质探测数据-三维地质模型-综采三机设备”间的壁垒。借助自动更新算法和“CT”截割算法为综采设备提供精准截割参数,实现工作面数字孪生、采煤机滚筒自动调高、开采条件模拟等功能。经实际应用验证,地质模型动态更新后精度显著提升,能够满足智能开采需求;地质模型与人工开采的控制误差在10 cm以内,且通过地质模型获取的滚筒高度更平滑,更有利于保护采煤机设备,有效提高开采效率和安全性,为煤矿智能化开采提供技术支撑。 展开更多

关键词 智能开采 透明工作面系统 地质模型 数字孪生

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透明回采工作面模型构建技术及智能化应用 被引量：2

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作者 王晓辉 刘再斌 +6 位作者 陈宝辉 马良 高耀全 张东亮 杜易明 雷晓荣 晏俊生 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期214-222,共9页

回采工作面模型是指导煤矿安全高效生产的重要前提,对实现煤炭精准开采和地质保障具有重要意义。特别是在复杂地质条件下,回采工作面模型若不能准确描述构造与地层之间的关系,将会影响煤矿生产过程中的采区规划、采掘工艺及生产效率等... 回采工作面模型是指导煤矿安全高效生产的重要前提,对实现煤炭精准开采和地质保障具有重要意义。特别是在复杂地质条件下,回采工作面模型若不能准确描述构造与地层之间的关系,将会影响煤矿生产过程中的采区规划、采掘工艺及生产效率等方面。以某复杂地质条件的矿井回采工作面为例,开展高精度回采工作面模型构建技术及智能化应用研究。首先,提出地层和断层的构建技术,成功解决了特殊地质现象及逆断层三维空间重值的难题。同时,引入动态更新技术实现了模型的局部动态修正,大幅提升了模型的准确性与实用性。其次,结合实时监测数据,提出智能规划截割与智能地质预测技术,能够有效提高生产决策的精准性与及时性。随后,构建了I030903回采工作面静态模型,并融入局部动态更新技术,将该动态模型应用于煤矿透明地质保障系统,取得了显著的应用效果。结果表明:该建模技术能够快速、准确地模拟任意复杂地质体,为处理地层不整合、地层尖灭、煤层分叉和断层切割等问题提供便利。经验证,模型误差值均处于0.2 m以下,且0~0.1 m范围内占整体97%。基于透明回采工作面模型的智能规划截割技术有效指导了采煤机的精准开采,而智能地质预测技术则能够在异常情况下自动生成预警信息并及时传达相关人员。该方法为煤矿智能化开采提供了技术支持和保障。 展开更多

关键词 回采工作面模型 动态更新 智能化 精准开采 地质保障

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鄂尔多斯块体及其周缘现今地壳水平形变特征及应力应变耦合关系 被引量：1

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作者 杨辉 冀康 郭泱泱 《大地测量与地球动力学》 北大核心 2025年第2期157-162,176,共7页

针对鄂尔多斯块体地壳变形性质量化研究不足和应力应变耦合关系尚不明确的问题,采用球坐标最小二乘配置模型解算研究区域地壳的特征应变场,利用震源机制解数据反演区域地壳的主应力分布。结果显示,地壳变形主要集中在板块边界带和断陷... 针对鄂尔多斯块体地壳变形性质量化研究不足和应力应变耦合关系尚不明确的问题,采用球坐标最小二乘配置模型解算研究区域地壳的特征应变场,利用震源机制解数据反演区域地壳的主应力分布。结果显示,地壳变形主要集中在板块边界带和断陷盆地内,鄂尔多斯块体内部的地壳形变较小。其中,青藏高原东北缘与阿拉善块体的交界处地壳变形尤其剧烈,表现为沿板块边界的强压缩变形,主要变形机制为NW-SE向压缩与NE-SW向弱拉张共存,最大主压应变率超过0.05μstrain。研究区域地壳处于较为统一的张应力环境,最大主应力方向接近水平并指向SEE向,与对应区域的主张应变方向吻合,最小主应力方向更接近主压应变方向。 展开更多

关键词 鄂尔多斯块体 地壳变形 球面最小二乘配置 震源机制解 应变场 主应力方向

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基于U-Net++的混合震源地震数据分离研究 被引量：1

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作者 魏亚杰 朱煜嘉 +3 位作者 曹静杰 韩立国 杨歧焱 刘强 《地球物理学报》 北大核心 2025年第6期2375-2389,共15页

地震混合震源采集技术允许地震数据之间相互混叠,避免了常规采集对于时间和空间的限制,能有效提高地震数据采集的效率.但是,混合震源数据中掺杂了大量的混叠噪声,这也加大了后续数据处理的难度.根据混叠噪声在非共炮域呈离散随机分布这... 地震混合震源采集技术允许地震数据之间相互混叠,避免了常规采集对于时间和空间的限制,能有效提高地震数据采集的效率.但是,混合震源数据中掺杂了大量的混叠噪声,这也加大了后续数据处理的难度.根据混叠噪声在非共炮域呈离散随机分布这一特点,混合震源数据的分离可以看作噪声压制的过程.本文拟在深度学习框架下实现混合震源数据分离,针对原始U-Net下采样过程中导致部分特征丢失、特征融合部分精度不足的问题,引入了U-Net++网络,通过加入稠密连接和深度监督机制,最终应用训练好的网络实现混合震源数据分离.模拟数据和实际数据实验结果表明,本文所使用的U-Net++网络相对于原始U-Net分离效果更好,信噪比和保真度均有较大提升. 展开更多

关键词 混合震源数据分离 深度学习 U-Net++网络 稠密连接

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基于曲率分析与分形维数的断层三维复杂度计算模型 被引量：2

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作者 晏俊生 刘再斌 +6 位作者 范涛 杨辉 刘文明 杜文刚 安林 刘晨光 王晓辉 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期54-63,共10页

【目的和方法】断层是煤矿隐蔽致灾因素中威胁最大的地质构造因素之一,其三维量化评价一直是个难题。针对现有量化指标无法全面反映断层形态及缺乏三维空间断层耦合分析的不足,提出了一种基于曲率分析与分形维数的断层三维复杂度计算模... 【目的和方法】断层是煤矿隐蔽致灾因素中威胁最大的地质构造因素之一,其三维量化评价一直是个难题。针对现有量化指标无法全面反映断层形态及缺乏三维空间断层耦合分析的不足,提出了一种基于曲率分析与分形维数的断层三维复杂度计算模型。该模型利用Delaunay算法改进了传统分形维数的测量体形态,有效减少了断层在三维分形维数计算中存在的无效值,同时引入断层面曲率来修正断层参数量,从而保留了断层自身结构特征。为验证模型的有效性,选取陕西某煤矿实际揭露的断层,进行地质构造复杂程度定性评价,并对工作面、巷道历史突水点空间分布数据开展模型应用及验证。【结果和结论】对比发现,模型识别出煤矿井田三维空间内,共有75个剖分区间具有非零统计值;计算得出的断层三维分形维数、2种融合断层面曲率(高斯曲率和平均曲率)的断层三维复杂度的均值,分别为0.939 4、1.136 2、1.219 9,与单一的分形维数相比,融合曲率的复杂度指标在揭示断层走向差异及分布集中区方面表现出明显优势。将断层三维复杂度、样本点与各突水点间的距离作为2个相关性指标计算皮尔逊相关系数,结果可分为工作面及巷道突水点两类,其平均值按断层三维分形维数、融合断层面高斯曲率以及平均曲率的断层三维复杂度排序,前者为0.784 3、0.838 6以及0.907 2,后者为0.771 8、0.832 4、0.890 3。数据结果表明,断层复杂度与工作面突水点的相关性均大于其与巷道突水点的相关性,即在研究区内,断层对工作面的生产活动影响更大。同时,无论融合何种断层面曲率,相关系数均在0.77以上,即提出的断层三维复杂度与矿井水害条件有强相关关系。另一方面,结合该煤矿构造复杂程度定性评价结果为总体较低,且主要受断层影响,而该煤矿的断层复杂度在1左右,极少区域在2以上,反映了该煤矿断层分布虽在部分区域较为集中,但总体的断层复杂程度较低。这与该煤矿已有的构造复杂程度定性分析相符合,研究成果为三维断层复杂度计算提供了一种新的模型构建思路。 展开更多

关键词 断层复杂度 三维量化分析 曲率分析 DELAUNAY算法 皮尔逊系数 突水点

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Love型槽波物理模拟及对断层的响应研究 被引量：5

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作者 刘强 胡继武 +2 位作者 王盼 石显新 贾茜 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期116-122,共7页

槽波地震勘探因为具有分辨率高、能量衰减小的特点,在煤矿井下隐伏致灾体的地球物理勘探中已得到了广泛的应用。但现阶段的槽波探测精度尚无法满足矿山智能化的要求。目前,物理模拟多以二维模型条件下的Rayleigh型槽波模拟为主,Love型... 槽波地震勘探因为具有分辨率高、能量衰减小的特点,在煤矿井下隐伏致灾体的地球物理勘探中已得到了广泛的应用。但现阶段的槽波探测精度尚无法满足矿山智能化的要求。目前,物理模拟多以二维模型条件下的Rayleigh型槽波模拟为主,Love型槽波研究较少。为了掌握Love型槽波的传播规律,进行了三维槽波物理模拟中的Love型槽波研究。首先,通过波动方程和频散曲线分析,研究了Love型槽波的波动及质点振动特征;然后以相似性原则为基础,通过构建类比于野外采集的激发、接收、同步装置,搭建了槽波物理模拟平台;随后通过硅橡胶和树脂等材料的配比选择,制作了符合实际地层岩层属性的地震物理模型;最后通过设计的3种典型观测系统,进行槽波超声物理模拟,成功观测到了物理模型中的Love型槽波。通过对煤层和围岩中2条测线的波场记录和频散曲线的对比分析,特别是理论曲线的符合程度进一步验证了模拟的有效性。同时,通过对横穿断层和正常煤层的2条测线Love型槽波波场的对比发现,断层前后波场频率成分发生了以Airy相为分界的明显转换,而且过断层后槽波能量几乎全部被衰减。研究结果将为后续定量、精细化槽波地震勘探提供采集、处理及解释等方法技术的理论支撑。 展开更多

关键词 Love型槽波 物理模拟 断层 槽波地震勘探

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采动岩体变形BOTDA-DIC联合监测效果及差异性

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作者 杜文刚 《红外与激光工程》 2025年第10期212-222,共11页

针对煤层开采诱导上覆岩层变形相似模型试验研究中模型内部变形难以监测问题,将基于布里渊散射的分布式光纤传感技术(Brillouin Optical TimeDomainAnalysis,BOTDA)与数字散斑(Digital Image Correlation,DIC)应用于急倾斜煤层相似模拟... 针对煤层开采诱导上覆岩层变形相似模型试验研究中模型内部变形难以监测问题,将基于布里渊散射的分布式光纤传感技术(Brillouin Optical TimeDomainAnalysis,BOTDA)与数字散斑(Digital Image Correlation,DIC)应用于急倾斜煤层相似模拟试验,通过内置光纤获取模型内部形变数据,借助DIC实时监测模型表面的位移和应变场,综合分析了采动围岩的变形破坏演化规律。研究表明:BOTDA与DIC两者配合实现分析采动覆岩离层裂隙发育过程;采动离层裂隙发育光纤传感表现为应变值突变,出现阶跃式跳增,数字散斑表现为离层位置形成应变局部化突变带;光纤受自身属性限制,监测应变范围受限,超出后则光纤传感失效,DIC应变测量上限远超BOTDA;工作面推进3cm时,大部分岩体未受开采扰动影响,此时DIC测量已经有2000μuc,表明光纤监测系统误差远小于散斑监测。通过模型内部光纤应变的检测,分析煤层开采围岩变形机制与力学机理。研究成果可为光纤传感与摄影测量用于岩土体变形破坏监测提供借鉴。 展开更多

关键词 光纤传感 岩体变形监测 相似模拟试验 数字散斑 差异性分析

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