巷道支護裝備形變BOTDR監(jiān)測理論與實驗研究.pdf

1、巷道掘進過程周圍的土層和圍巖受到外部應力和掘進機振動的影響，往往發(fā)生巷道兩幫和頂部的快速且激烈的形變，研究合適支護方式是保證巷道安全施工的關鍵。在深入研究掘進過程中的巷道圍巖動力學特性和臨時支護機理的基礎上，針對自移動式臨時支護支架系統(tǒng)，圍繞系統(tǒng)的受力形變監(jiān)測，開展了相關研究。首次嘗試將布里淵光時域反射(BOTDR，Brillouin Optical Time Domain Reflectometer)技術，應用于臨時支護機架受力形變和

2、巷道形變監(jiān)控過程，提出在完成巷道掘進過程的實時、長期、全方位形變監(jiān)測的理論和實驗方案。還提出小型化BOTDR設計方案和實驗樣機，并設計了一個巷道模型，在該模型上完成相關的實驗研究。
　　研究巷道支護裝備和內壁實現全面實時監(jiān)控的方法和工藝，提出有效提高BOTDR監(jiān)測精度的理論方案，這些方案可用于進一步提高BOTDR的測量范圍和測量精度;在實驗的基礎上完成在光纖布線施工過程中的幾個關鍵工藝和器件的設計與研制;并在物聯網框架下提出了一個

3、具有監(jiān)測數據采集、存儲和智能處理能力的基于BOTDR的符合物聯網規(guī)范的地下工程物聯網方案，以網格狀結構綜合提高應力變化精度，實現了在結構和方法上的創(chuàng)新。
　　文章對U型鋼可縮性支架和自移動式臨時支架進行了變形分析和布線監(jiān)測方案設計，探索了色散補償方案為提高測試精度做出了有益的嘗試。
　　研究結果可以為巷道掘進過程中的巷道形變和永久支護形變監(jiān)測提供新的測量方法，應用該方法監(jiān)測的數據為自移式支護研究和巷道挖掘過程的的巖石動力學等

4、理論研究提供重要的參考，有重要的理論和應用價值。
　　主要研究內容如下:
　　(1)提出一個新的傳感器探測網格狀結構。該方案可以完全在現有的BOTDR設備上運行，光纖布線的網格化可以獲得整個形變面的數據。而面數據測量比傳統(tǒng)的線數據測量在測量精度上有提高。
　　(2)針對自移動式臨時支護支架系統(tǒng)，圍繞系統(tǒng)的受力形變監(jiān)測，首次嘗試將布里淵光時域反射技術，應用于臨時支護機架受力形變和巷道形變監(jiān)測。
　　(3)提出并研究

5、了提高探測距離的兩種方法，為BOTDR增加色散補償和預色散裝置的方案，通過理論分析和數值仿真，可以看到輸入信號的色散大大降低。
　　(4)提出時域定標技術和光孤子技術在BOTDR上的應用。通過時域定標可以為光纖應變數據提供一個時間上的劃分，分析了該方法提高BOTDR測量精度的提高的機制。利用光孤子脈沖保持不變的特性，進一步提高BOTDR的探測距離和精度。
　　(5)設計巷道模型，使用BOTDR設備進行實驗研究。得到了相變的一

6、系列時序數據，這些數據可以為后期的研究提供樣本。對實際巷道進行了實地的光纖敷設和測量實驗，得到了一些初步的實驗結果驗證了BOTDR在地下巷道實時監(jiān)控中的可行性。提出了云石膠膠粘和光纖鎧甲這兩種新的工藝和方法。
　　(6)提出一個小型化BOTDR應變儀的設計方案。BOTDR小型化的核心思想是充分利用現有的大規(guī)模電子集成技術、微波集成技術和光子集成技術，通過器件研制和替代實現小型化的目的。
　　(7)提出基于BOTDR的地下工程