用于巷道頂板狀態(tài)監(jiān)測的光纖傳感器技術(shù)研究.pdf

1、煤礦巷道頂板坍塌問題十分普遍，而且破壞十分嚴(yán)重，嚴(yán)重危及人們的生命和財產(chǎn)安全，因此很有必要對巷道頂板結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)進行監(jiān)測，實現(xiàn)坍塌事故的早期預(yù)報。光纖傳感技術(shù)近些年來發(fā)展迅速、應(yīng)用也比較廣泛，具有靈敏度高、本質(zhì)安全、耐高溫、耐腐蝕、抗電磁干擾、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，可以測量壓力、溫度、位移、加速度、濕度等物理量，這些顯著的優(yōu)點使其非常適合煤礦井下的安全監(jiān)測，因此日益受到煤礦安全監(jiān)測領(lǐng)域的廣泛關(guān)注?；谏鲜鲇懻摵头治觯疚囊怨饫w光柵傳感技術(shù)為

2、基礎(chǔ)，設(shè)計制作了一種新型的大量程頂板離層位移傳感器，并且建立了一套巷道頂板狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，通過監(jiān)測巷道頂板離層位移量，進而對頂板穩(wěn)定性進行安全預(yù)警和評估，預(yù)防煤礦巷道頂板事故的發(fā)生，本課題的研究對煤礦安全生產(chǎn)具有非常重要的現(xiàn)實意義。
　　本文通過理論與實驗對基于光纖光柵傳感技術(shù)的巷道頂板狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進行了研究。主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)對巷道頂板事故的特征與機理進行了理論研究和數(shù)學(xué)模型分析，采用有限元軟件建立不同類型的礦井

3、巷道模型，并對巷道頂板的應(yīng)力和變形規(guī)律進行模擬分析，研究巷道頂板變形的機理，確定出巷道頂板受力和變形最大點的分布。
　　(2)針對光纖傳感基本理論進行研究，提出適合礦井巷道用的新型光纖傳感方法。設(shè)計了一種基于光纖光柵的大量程頂板離層位移傳感器，研究傳感器關(guān)鍵部分的結(jié)構(gòu)參數(shù)及其對傳感器性能的影響，進而確定傳感器的結(jié)構(gòu)和形式。
　　(3)設(shè)計了巷道頂板實驗?zāi)Ｐ?，在實驗室條件下近似模擬實際煤礦巷道頂板情況。設(shè)計了巷道頂板狀態(tài)監(jiān)測上

4、位機軟件，實現(xiàn)遠程監(jiān)控與測量。
　　(4)設(shè)計并搭建了巷道頂板狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，將監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用到設(shè)計的巷道頂板實驗?zāi)Ｐ椭?，在此基礎(chǔ)上進行了頂板離層位移測量實驗，并對傳感特性進行了分析與處理。最終系統(tǒng)的測量范圍為50mm，分辨力為1mm，靈敏度為23.1pm/mm。
　　本文設(shè)計的巷道頂板狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)達到了預(yù)期的設(shè)計要求，可以對巷道頂板狀態(tài)進行實時有效地監(jiān)測，為巷道頂板事故的預(yù)測提供了一種切實可行的方法。下一步研究中應(yīng)考慮將本文設(shè)