分布式光纤锚杆全长监测的实验研究

摘要

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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1绪 论

1.1 选题背景

1.2 研究意义

1.3 锚杆应力监测方法

1.4光纤传感技术监测锚杆研究现状

1.5 锚杆应力分布规律国内外研究现状

1.6 研究内容及方法

2 锚杆受力分析

2.1锚杆锚固机理研究

2.2锚杆分类

2.3锚杆锚固类型

2.4全长粘结式锚杆受力分析

2.5 本章小结

3 锚杆拉拔试验监测系统

3.1光纤Bragg光栅监测系统

3.2光纤Bragg光栅传感技术及原理

3.3 PPP-BOTDA分布式光纤监测系统

3.4 PPP-BOTDA分布式光纤传感技术及原理

3.5表面粘贴式的光纤传感应变传递

3.6锚杆拉拔系统

3.7 本章小结

4试验设计及模型制作

4.1试验方案

4.2试验材料配比选择

4.3模型制作

4.4 本章小结

5锚杆拉拔试验

5.1锚杆拉拔试验监测系统

5.2光纤光栅锚杆测力计标定

5.3锚杆安装与试验过程

5.4锚固剂凝固阶段监测结果

5.5应力分布监测结果与分析

5.6本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录