巷道支護(hù)裝備形變BOTDR監(jiān)測理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、巷道掘進(jìn)過程周圍的土層和圍巖受到外部應(yīng)力和掘進(jìn)機(jī)振動(dòng)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(hù)方式是保證巷道安全施工的關(guān)鍵。在深入研究掘進(jìn)過程中的巷道圍巖動(dòng)力學(xué)特性和臨時(shí)支護(hù)機(jī)理的基礎(chǔ)上，針對自移動(dòng)式臨時(shí)支護(hù)支架系統(tǒng)，圍繞系統(tǒng)的受力形變監(jiān)測，開展了相關(guān)研究。首次嘗試將布里淵光時(shí)域反射(BOTDR，Brillouin Optical Time Domain Reflectometer)技術(shù)，應(yīng)用于臨時(shí)支護(hù)機(jī)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(jìn)過程的實(shí)時(shí)、長期、全方位形變監(jiān)測的理論和實(shí)驗(yàn)方案。還提出小型化BOTDR設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并設(shè)計(jì)了一個(gè)巷道模型，在該模型上完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。
　　研究巷道支護(hù)裝備和內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)全面實(shí)時(shí)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(jìn)一步提高BOTDR的測量范圍和測量精度;在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上完成在光纖布線施工過程中的幾個(gè)關(guān)鍵工藝和器件的設(shè)計(jì)與研制;并在物聯(lián)網(wǎng)框架下提出了一個(gè)

3、具有監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、存儲和智能處理能力的基于BOTDR的符合物聯(lián)網(wǎng)規(guī)范的地下工程物聯(lián)網(wǎng)方案，以網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)綜合提高應(yīng)力變化精度，實(shí)現(xiàn)了在結(jié)構(gòu)和方法上的創(chuàng)新。
　　文章對U型鋼可縮性支架和自移動(dòng)式臨時(shí)支架進(jìn)行了變形分析和布線監(jiān)測方案設(shè)計(jì)，探索了色散補(bǔ)償方案為提高測試精度做出了有益的嘗試。
　　研究結(jié)果可以為巷道掘進(jìn)過程中的巷道形變和永久支護(hù)形變監(jiān)測提供新的測量方法，應(yīng)用該方法監(jiān)測的數(shù)據(jù)為自移式支護(hù)研究和巷道挖掘過程的的巖石動(dòng)力學(xué)等

4、理論研究提供重要的參考，有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
　　主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)提出一個(gè)新的傳感器探測網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。該方案可以完全在現(xiàn)有的BOTDR設(shè)備上運(yùn)行，光纖布線的網(wǎng)格化可以獲得整個(gè)形變面的數(shù)據(jù)。而面數(shù)據(jù)測量比傳統(tǒng)的線數(shù)據(jù)測量在測量精度上有提高。
　　(2)針對自移動(dòng)式臨時(shí)支護(hù)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(shí)域反射技術(shù)，應(yīng)用于臨時(shí)支護(hù)機(jī)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(bǔ)償和預(yù)色散裝置的方案，通過理論分析和數(shù)值仿真，可以看到輸入信號的色散大大降低。
　　(4)提出時(shí)域定標(biāo)技術(shù)和光孤子技術(shù)在BOTDR上的應(yīng)用。通過時(shí)域定標(biāo)可以為光纖應(yīng)變數(shù)據(jù)提供一個(gè)時(shí)間上的劃分，分析了該方法提高BOTDR測量精度的提高的機(jī)制。利用光孤子脈沖保持不變的特性，進(jìn)一步提高BOTDR的探測距離和精度。
　　(5)設(shè)計(jì)巷道模型，使用BOTDR設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。得到了相變的一

6、系列時(shí)序數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以為后期的研究提供樣本。對實(shí)際巷道進(jìn)行了實(shí)地的光纖敷設(shè)和測量實(shí)驗(yàn)，得到了一些初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了BOTDR在地下巷道實(shí)時(shí)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(gè)小型化BOTDR應(yīng)變儀的設(shè)計(jì)方案。BOTDR小型化的核心思想是充分利用現(xiàn)有的大規(guī)模電子集成技術(shù)、微波集成技術(shù)和光子集成技術(shù)，通過器件研制和替代實(shí)現(xiàn)小型化的目的。
　　(7)提出基于BOTDR的地下工程