三维模型采场覆岩变形分布式监测及其数据处理软件开发

摘要

三维相似模拟试验是研究采场矿压显现及覆岩移动变形特征的重要方法之一，然而三维相似模型厚度大，模型内部岩层的移动变形特征无法用肉眼看见，无法知道采场覆岩移动变形的规律，因此必须借助其他方法对模型内部岩层的移动变形进行监测。
　　本文介绍了脉冲预泵浦布里渊光时域分析技术(Pulse-PrePump Brillouin Optical Time Domain Analysis，PPP-BOTDA)的传感原理，分析了光纤布里渊频移与温度和应变的关系，给出了分布式光纤监测覆岩变形的可行性；同时分析了垂直光纤的布里渊频移曲线变化特征与覆岩移动变形特征的关系，提出了基于垂直的分布式光纤的判别三维相似试验中模拟工作面的来压情况的方法；分析了垂直光纤的布里渊频移曲线的特征，提出了垂直光纤确定三维模拟内部的覆岩破坏变形高度和垮落带高度的方法。为了验证上述方法的正确性，通过以在实验室模拟出现场工作面开采过程中上覆岩层移动变形特征为目标，设计三维相似材料模拟试验，构建了PPP-BOTDA分布式光纤传感监测系统，同时为了验证分布式光纤的监测结果的准确性，自行设计一套三维模型内部位移测量装置，并将这两套监测系统运用到模拟工作面上覆岩层中对应覆岩移动变形进行监测。
　　三维相似模拟试验结果表明，基于PPP-BOTDA的分布式光纤传感技术实现了对三维模型模拟工作面的来压位置确定，同时确定了三维模型内部破坏变形高度和垮落带高度，该技术为了人类研究提供了一双能观测三维模型内部的变形的“眼睛”，同时为了能使得上述信息能快速获取，自行开发了分布式光纤数据处理分析系统，该系统的研发使得试验数据处理能够快速显示，及时掌握了覆岩内部变形情况，改变了以往“先试验-后处理”的试验模式，实现试验和数据处理同步进行处理，该系统的开发为这双“眼睛”提高了观测效率，为这项技术现场应用提供指导意义。

目录

声明

1 绪 论

1.1 选题背景

1.2 研究意义

1.3 三维相似模拟试验在矿业工程中的应用

1.4 相似模拟试验的监测方法

1.5 布里渊光纤时域分析技术的应用现状

1.6 研究内容及方法

2 采场覆岩移动变形的光纤监测原理与方法

2.1 采场上覆岩层移动的形式

2.2 分布式光纤传感技术的原理

2.3 分布式光纤监测变形的原理

2.4 光纤判别工作面来压位置的方法

2.5 采场覆岩破坏变形高度与垮落带高度确定的方法

2.6 本章小结

3 三维模型试验设计

3.1 三维相似模拟试验的工程概况

3.2 三维相似模拟的试验设计

3.3 三维相似材料模型的铺装

3.4 三维相似模拟试验的监测系统

3.5 本章小结

4 基于分布式光纤判别工作面来压位置分析

4.1 模型正面现象确定工作面来压

4.2 位移测量结果判别来压

4.3 垂直光纤判别工作面来压位置

4.4 本章小结

5 分布式光纤确定覆岩破坏变形高度与垮落带高度

5.1 阀值K确定的方法

5.2 破坏变形高度的确定

5.3 垮落带高度H1的确定

5.4 本章小结

6 分布式光纤监测数据处理软件开发

6.1 分布式光纤数据处理分析系统设计

6.2 系统的配置

6.3 系统的安装及运行界面

6.4 分布式光纤数据处理分析系统实例应用与验证

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录