分布式光纤锚杆全长监测的实验研究

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近年来煤炭行业的开采也有很大的发展,但随之而来的就是采煤过程中的安全问题。煤矿中顶板事故数量居高不下,然而顶板事故最主要的原因就是巷道支护不及时,巷道支护力度不够等。锚杆支护显著提高了巷道支护效果,降低了巷道支护成本,减轻了工人劳动强度。目前,锚杆支护技术已在国内外得到普遍应用,是煤矿实现高产高效必不可少的关键技术之一。  本文对光纤 Bragg光栅传感技术以及脉冲预泵浦布里渊光时域分析技术(Pulse-PrePump Brillouin Optical Time Domain Analysis,PPP-BOTDA)原理做了介绍,分析了光纤Bragg光栅波长漂移量与温度和应变的关系,以及布里渊频移与温度和应变的关系。通过在实验室模拟现场锚杆安装和受力过程为目标,设计相似材料模拟试验,构建了光纤Bragg光栅传感系统及PPP-BOTDA分布式光纤传感系统,并将这两个监测系统同时运用到试验的监测中。通过多次试验给出了合理的锚杆光纤封装工艺及保护措施,并提出了合理的安装方法。将锚杆拉拔过程中 FBG光纤光栅监测的数据及PPP-BOTDA分布式光纤监测的数据进行对比分析,确定了PPP-BOTDA分布式光纤监测锚杆拉拔过程的受力情况是可行的。  研究表明,PPP-BOTDA分布式光纤传感技术实现了锚杆拉拔试验的分布式监测,能够很好的监测到锚杆拉拔过程中杆体所受轴力的分布规律。通过对锚杆拉拔过程中PPP-BOTDA分布式光纤监测的数据进行分析,得到了锚杆杆体上所受剪应力,通过锚杆所受剪应力峰值的位置,得出判断锚杆锚固程度好坏的一种方式。
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