采动覆岩变形分布式光纤检测方法

摘要

本发明涉及一种采动覆岩变形分布式光纤检测方法，该方法根据采动岩层变形特点，回采工作面上方的地面或回采工作面的进风巷和回风巷顶板中布置钻孔，在钻孔中埋设传感光纤后采用混凝土浆液由里向外进行封孔，并对各钻孔中预留的传感光纤进行串联之后通过传输光缆引到监测室。采动前先对覆岩岩体进行初值测试，随着回采工作面向监测孔推进或远离，测量因采动引起的岩层变形，并把每一频次的监测数据减去初始值作为不同时间段覆岩的变化值。通过监测数据分析，得到覆岩变形的应变分布，确定采动引起的覆岩变形破坏高度和受力状况。该方法具有分布式、精度高、安装简便及成本低廉等优点，适用于各种采动引起的岩土体变形监测领域。

主权项

一种采动覆岩变形分布式光纤检测方法，其特征在于，包括传感光纤的铺设、采动覆岩变形监测及数据处理等方法，其步骤如下：1)传感光纤的铺设：1.1)布置监测孔，沿采煤回采方向在回采工作面设置钻孔；1.2)铺设传感光纤，将传感光纤呈U字形铺设于监测孔内，其具体步骤为：1.2.1)为钻杆配设配重，配重的纵截面为U形，其顶口设有能够与钻杆内径相吻合插接的连接头，配重的侧壁对称设有凹槽；1.2.2)将传感光纤沿配重的凹槽铺设，通过环氧树脂和固化剂把传感光纤粘贴在配重之中，并把配重安装在钻杆的最前端，而传感光纤沿钻杆外部两侧向远离配重的一端延伸；1.2.3)通过钻杆的推力把传感光纤输送到监测孔的预定埋深，将传感光纤铅直铺设在钻孔内，并在监测孔外部预留传感光纤；1.3)灌浆封孔，通过钻杆向监测孔内注入混凝土浆液，在注浆压力下配重将与钻杆脱离，配重固定于钻孔底部，随着钻杆由内而外的抽出，传感光纤铺设于监测孔内；1.4)传感光纤连到监测室，每个监测孔的预留传感光纤与相邻监测孔的预留传感光纤进行熔接串联为一根，并将通过传输光缆把传感光纤引到监测室；2)采动覆岩变形监测方法与数据处理方法：2.1)根据钻孔埋深、监测距离和采动影响范围，设定仪器的测试范围、频率、精度等参数；2.2)采动前先对覆岩岩体进行初值测试ε₀，随着工作面的推进，测量各监测孔处因采动引起的岩层变形量ε_i(i＝1,2,...,n)，并把每一频次的监测数据减去初值作为某频次采动引起的覆岩变化值Δε＝ε_i‑ε₀；2.3)利用传感光纤对应变的敏感特性，当传感光纤与覆岩地层协调变形时，其发生的应变大小认为是覆岩地层的变形量；2.4)基于布里渊频移与传感光纤应变之间的线性关系，通过布里渊光时域发射仪/布里渊光时域分析仪(简称BOTDR/BOTDA)实时检测埋设在覆岩中传感光纤的变形，通过公式：Z＝c·T/2n计算得到传感光纤线路某受力点到BOTDR/BOTDA入射端的距离Z，式中：c为真空中的光速，T/2为发出脉冲光至接收光纤某受力点返回的布里渊散射光的一半时间间隔，n为光纤的折射系数；2.5)当覆岩因采动而发生变形时，通过岩体中布置的传感光纤，得到监测孔沿线的应变分布，分析采动引起的覆岩变形拉应力和超前压应力，确定采动引起的覆岩变形破坏高度和受力状况；2.6)根据回采工作面与监测孔之间距离、覆岩变形特征，设置每天监测采样频次。