厚松散层下高压注浆上覆地层变形光纤监测研究
Research on Optical Fiber Monitoring of Overlying Stratum Deformation under High-Pressure Grouting in Thick and Loose Strata
DOI: 10.12677/me.2026.144109, PDF,    科研立项经费支持
作者: 冯明振*, 路 旭, 储诚想, 胡生强:中煤新集能源股份有限公司,安徽 淮南;左启兴:安徽理工大学煤炭无人化开采数智技术全国重点实验室,安徽 淮南;许时昂:安徽理工大学煤炭无人化开采数智技术全国重点实验室,安徽 淮南;矿山地质灾害防治安徽省高校重点实验室,安徽 淮南
关键词: 厚松散层高压注浆上覆地层变形光纤监测Thick Loose Layer High-Pressure Injection Overlying Strata Stratum Deformation Fiber Monitoring
摘要: 为揭示厚松散层条件下高压注浆过程中地层内部变形的发育层位与变化特征,以安徽某矿区地面定向钻孔高压注浆工程为背景,采用分布式光纤监测技术对钻孔全剖面地层变形进行连续监测,结合不同层位应变响应特征,分析注浆扰动作用下地层变形发育特征。研究表明:分布式光纤监测技术能够实现厚松散层条件下注浆过程地层内部变形的全钻孔、连续化、高精度监测,有效识别地层变形发育位置,为注浆影响范围评价提供了新的技术手段。监测结果显示,高压注浆扰动引起多个层位地层发生不同程度变形,其中关键变形区主要分布于380~480 m深度范围。地层变形总体以压缩应变为主,局部发育拉应变,表明注浆过程中浆液扩散主要通过充填孔隙裂隙和挤密压缩周围地层实现,其变形传递过程具有明显的向上衰减与分段变形的特征。研究揭示了关键变形层位形变发育演化过程,可为高压注浆参数优化、浆液扩散范围评价以及矿区水害防治工程设计提供重要技术支撑。
Abstract: To investigate the development horizons and variation characteristics of stratum deformation during high-pressure injection in a thick loose layer, this study focuses on a directional surface borehole grouting project in a mining area of Anhui. Distributed fiber monitoring technology was employed to continuously measure deformation across the entire borehole profile. By combining strain response features from different horizons, the development characteristics of stratum deformation under grouting disturbance were analyzed. The research shows that distributed fiber monitoring can achieve full-hole, continuous, and high-precision monitoring of internal stratum deformation during the injection process under thick loose layer conditions, effectively locating deformation zones and providing a new technical means for evaluating the injection influence range. Monitoring results indicate that high-pressure injection disturbance caused varying degrees of deformation in multiple layers, with key deformation areas mainly distributed within the depth range of 380~480 m. Overall, stratum deformation was dominated by compressive strain, with local development of tensile strain, indicating that grout diffusion primarily occurs by filling pores and fractures and compacting the surrounding strata. The deformation transmission process exhibits clear upward attenuation and segmented characteristics. This study clarifies the deformation evolution process in key horizons, which can provide important technical support and a scientific basis for optimizing high-pressure injection parameters, evaluating grout diffusion range, and designing water hazard prevention engineering in mining areas.
文章引用:冯明振, 路旭, 储诚想, 胡生强, 左启兴, 许时昂. 厚松散层下高压注浆上覆地层变形光纤监测研究[J]. 矿山工程, 2026, 14(4): 1104-1113. https://doi.org/10.12677/me.2026.144109

参考文献

[1] 吕玉广, 乔伟, 胡发仑, 等. 煤层顶板水害风险保护系数法评价技术研究[J]. 煤炭科学技术, 2024, 52(3): 180-188.
[2] 韩风军, 柯贤敏, 蒲治国, 等. 高承压煤矿首采工作面防治水技术[J]. 煤炭技术, 2020, 39(5): 105-107.
[3] 靳德武, 李超峰, 刘英锋, 等. 黄陇煤田煤层顶板水害特征及其防控技术[J]. 煤田地质与勘探, 2023, 51(1): 205-213.
[4] 孙文超, 王兆会, 等. 深部坚硬顶板工作面冲击地压多元协同防控技术[J]. 岩石力学与工程学报, 2024, 43(7): 1736-1750.
[5] 高超, 岳春辉, 徐乃忠, 等. 多煤层重复采动地表全周期沉陷规律及稳定性分区研究[J]. 煤炭工程, 2026, 58(3): 206-214.
[6] 许时昂, 吴海波, 欧元超, 等. 采煤沉陷松散层变形研究现状与分析[J]. 科学技术与工程, 2024, 24(17): 6999-7013.
[7] 杨嘉威, 谭志祥, 邓喀中. 基于DS-InSAR的矿区铁路线沉陷监测与规律分析[J]. 煤炭工程, 2021, 53(9): 143-148.
[8] 张平松, 许时昂, 傅先杰, 等. 煤层采动巨厚松散层全断面监测及内部变形特征[J]. 煤炭学报, 2024, 49(1): 628-644.
[9] 靳雨田, 蔡音飞, 等. SBAS-InSAR矿区沉陷监测与动态预计模型参数研究[J]. 煤炭技术, 2023, 42(11): 30-34.
[10] 朱磊, 古文哲, 柴敬, 等. 采动覆岩全场变形演化过程分布式光纤监测研究[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2022, 4(1): 43-50.
[11] 张平松, 程晋全, 许时昂, 等. 厚松散层下区域注浆改造地层扰动变形特征研究[J]. 煤炭科学技术, 2025, 53(1): 246-258.
[12] 丁甲, 董东林, 胡志强, 等. 巨厚松散层下煤层开采的抗渗透性破坏和煤柱安全性研究——以口孜东矿为例[J]. 工程地质学报, 2021, 29(4): 1071-1083.
[13] 许时昂, 张平松, 程刚, 等. 砂土压缩变形传感光缆耦合试验分析与预测模型研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(5): 1570-1582.
[14] 张平松, 许时昂, 吴海波, 等. 厚松散层下煤层开采全地层移动变形时空演化特征[J]. 煤炭学报, 2026, 51(1): 239-254.
[15] 高磊, 李红生, 吴铁卫. 基于分布式光纤传感技术的导水裂隙带高度探查方法及其应用[J]. 中国煤炭地质, 2025, 37(9): 73-80, 36.
[16] 刘少林, 张丹, 张平松, 等. 基于分布式光纤传感技术的采动覆岩变形监测[J]. 工程地质学报, 2016, 24(6): 1118-1125.
[17] 侯公羽, 胡志宇, 李子祥, 等. 分布式光纤及光纤光栅传感技术在煤矿安全监测中的应用现状及展望[J]. 煤炭学报, 2023, 48(S1): 96-110.
[18] 张丹, 张平松, 施斌, 等. 采场覆岩变形与破坏的分布式光纤监测与分析[J]. 岩土工程学报, 2015, 37(5): 952-957.