fbg傳感技術在礦山地壓監(jiān)測中的應用

1、FBG傳感技術在礦山地壓監(jiān)測中的應用傳感技術在礦山地壓監(jiān)測中的應用余樂文（北京礦冶研究總院，北京100070）摘要摘要：在光纖Bragg光柵傳感原理理論分析的基礎上，提出基于FBG的地壓監(jiān)測系統(tǒng)。在承德銅興礦業(yè)有限責任公司建立地壓監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測巖體的位移和壓力變化。監(jiān)測結果表明，F(xiàn)BG傳感技術可有效監(jiān)測巖體位移和壓力變化，驗證了該技術的可靠性和可行性，為礦山地壓監(jiān)測提供新方法。關鍵字：關鍵字：光纖bragg光柵，地壓監(jiān)測，位移，壓力

2、中圖分類號中圖分類號：TN247TP212文獻標識碼文獻標識碼：AApplicationofFBGSensingTechnologyinMineGroundPressureMonitingYULewen(BeijingGeneralResearchInstituteofMiningMetallurgyBeijing100070China)Abstract:Onthebasisofthetheeticalanalysisoffiberbr

3、agggratingsensingtechnologythegroundpressuremonitingsystembasingonfiberbragggratingisproposed.ThesystemisestablishedinChengDeTongXingCo.Ltdfmonitingthechangesofthedisplacementpressure.TheresultsshowthattheFBGsensingtechn

4、ologycanmonitthechangesofthedisplacementpressureeffectivelywhichverifythereliabilityfeasibilityoftheFBGsensingtechnologyprovideanewmethodfgroundpressuremoniting.Keywds:fiberbragggratinggroundpressuremonitingdisplacementp

5、ressure0引言引言光纖傳感技術是20世紀70年代伴隨光纖通信技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型傳感技術，該技術具有“傳”、“感”合一的特點[1]，代表新一代傳感技術的發(fā)展趨勢，并以光波為載體，光纖為媒質，感知和傳輸外界被測量信號的新型傳感技術。光纖傳感技術具有可靠性好、抗電磁干擾能力強、動態(tài)響應快、靈敏度和測試精度高、體積小、質量輕、耐久性強及可實現(xiàn)遠距離實時監(jiān)測等優(yōu)點，BOTDR、BOTDA等新技術可進行分布式測量，在航空航天、船舶

6、、電力、橋梁、堤壩、邊坡和隧道等工程結構及巖土工程的監(jiān)測與診斷中獲得廣泛研究與應用[26]。我國對光纖傳感技術的研究相對國外晚一些，尤其在金屬礦山中的安全監(jiān)測手段以傳統(tǒng)監(jiān)測方法為主，還鮮見FBG在地壓監(jiān)測中的應用實例。文中采用FBG傳感技術對承德銅興礦業(yè)公司南六號空區(qū)下三中段41線附近巷道進行安全監(jiān)測，監(jiān)測巷道當前的位移、壓力變化和長期使用的可靠性及安全程度，為礦山安全運營提供可靠監(jiān)測數(shù)據(jù)，提升礦山安全監(jiān)測的整體水平，并在礦山安全管理方

7、面發(fā)揮重要的作用。1工作原理工作原理光纖Bragg光柵傳感技術是通過對在光纖內部寫入的光柵反射或透射Bragg波長光譜的檢測，實現(xiàn)被測結構的應變和溫度量值的絕對測量，其傳感原理如圖1所示。而光纖Bragg光柵的反射或透射波長光譜主要取決于光柵周期Λ和反向耦合模的有效折射率國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）重點項目（編號：2008AA062101）；北京礦冶研究總院院科研基金項目（編號：YJ200811）。余樂文：（1984），男，助理

8、工程師，機械設計及理論專業(yè)，主要從事礦山自動化儀器儀表研發(fā)。(1)工程概況承德銅興礦業(yè)有限責任公司光纖光柵地壓監(jiān)測系統(tǒng)布設于南六號空區(qū)下三中段41線附近，目的是監(jiān)測該區(qū)域空區(qū)穩(wěn)定性。41線臨近空區(qū)巷道頂板出現(xiàn)裂縫，裂縫的長度大約有10米，開口最大的達4cm，裂縫距離空區(qū)最近的距離大約只有3m，巷道有垮塌的危險。因此，在頂板裂縫處布置光纖光柵位移傳感器，用于監(jiān)測裂縫位移變化，判斷巖體的穩(wěn)定性和安全性；同時安裝光纖光柵壓力計，監(jiān)測巷道周圍壓

9、力分布情況，分析巷道巖體應變分布情況，如圖3所示。圖3工程概況Fig.3Theengineeringsituation(2)光纖傳感系統(tǒng)承德銅興礦業(yè)有限責任公司光纖光柵地壓監(jiān)測系統(tǒng)主要由光纖光柵傳感器、光纖光柵解調儀、工控機、光纖、光纖跳線、傳輸光纜、系統(tǒng)軟件等部分組成。其中光纖光柵解調儀采用美國MicronOptics公司生產的SM130，如圖4所示；監(jiān)測系統(tǒng)采用光纖光柵位移傳感器、壓力傳感器監(jiān)測空區(qū)穩(wěn)定性，如圖5所示。圖4SM130

10、解調儀Fig.4TheSM130demodulationinstrument(a)光纖位移傳感器(b)光纖壓力傳感器圖5FBG傳感器(a)Opticalfiberdisplacementsens(b)OpticalfiberpressuresensFig.5Fiberbragggratingsens(3)傳感器安裝光纖光柵傳感器安裝方式如圖6所示。光纖位移傳感器安裝在裂縫的兩側，用不銹鋼桿固定，首先在巷道頂板裂縫兩側鉆兩個孔，安裝過程中