用于巷道頂板狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(cái)產(chǎn)安全，因此很有必要對(duì)巷道頂板結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)坍塌事故的早期預(yù)報(bào)。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(diǎn)，可以測(cè)量壓力、溫度、位移、加速度、濕度等物理量，這些顯著的優(yōu)點(diǎn)使其非常適合煤礦井下的安全監(jiān)測(cè)，因此日益受到煤礦安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。基于上述討論和分析，本文以光纖光柵傳感技術(shù)為

2、基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)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(cè)系統(tǒng)，通過監(jiān)測(cè)巷道頂板離層位移量，進(jìn)而對(duì)頂板穩(wěn)定性進(jìn)行安全預(yù)警和評(píng)估，預(yù)防煤礦巷道頂板事故的發(fā)生，本課題的研究對(duì)煤礦安全生產(chǎn)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文通過理論與實(shí)驗(yàn)對(duì)基于光纖光柵傳感技術(shù)的巷道頂板狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)對(duì)巷道頂板事故的特征與機(jī)理進(jìn)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(duì)巷道頂板的應(yīng)力和變形規(guī)律進(jìn)行模擬分析，研究巷道頂板變形的機(jī)理，確定出巷道頂板受力和變形最大點(diǎn)的分布。
　　(2)針對(duì)光纖傳感基本理論進(jìn)行研究，提出適合礦井巷道用的新型光纖傳感方法。設(shè)計(jì)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(duì)傳感器性能的影響，進(jìn)而確定傳感器的結(jié)構(gòu)和形式。
　　(3)設(shè)計(jì)了巷道頂板實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在?shí)驗(yàn)室條件下近似模擬實(shí)際煤礦巷道頂板情況。設(shè)計(jì)了巷道頂板狀態(tài)監(jiān)測(cè)上

4、位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與測(cè)量。
　　(4)設(shè)計(jì)并搭建了巷道頂板狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到設(shè)計(jì)的巷道頂板實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了頂板離層位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)，并對(duì)傳感特性進(jìn)行了分析與處理。最終系統(tǒng)的測(cè)量范圍為50mm，分辨力為1mm，靈敏度為23.1pm/mm。
　　本文設(shè)計(jì)的巷道頂板狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，可以對(duì)巷道頂板狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效地監(jiān)測(cè)，為巷道頂板事故的預(yù)測(cè)提供了一種切實(shí)可行的方法。下一步研究中應(yīng)考慮將本文設(shè)