一种卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器及顶板破坏程度计算方法

摘要

本发明涉及一种卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器及顶板破坏程度计算方法，属于岩土工程安全监测技术领域。本发明沿巷道纵向方向，将卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器通过固定卡扣固定设置在监测区域内的顶板岩石基体上；获取分布式光纤光强信号，通过弯折改变光强的方式对分布式光纤监测区域进行位置标定；通过分析解调仪将标定后的分布式光纤监测区域的光强信号换算成光纤上各个位置的应变信息；根据分布式光纤上的应变变化曲线演化趋势，与不同类型顶板破坏时典型光纤监测响应模式进行拟合分析，判断顶板变形破坏类型；根据判断的破坏类型，绘制顶板变形破坏示意图，根据不同破坏模式下的计算公式，计算出顶板破坏程度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器及顶板破坏程度计算方法，属于岩土工程安全监测技术领域。

背景技术

随着大力发展基础设施建设，越来越多的地下隧道、地下矿山和地下硐室等地下工程建设完成或者正在施工。在地下岩体中开掘可用空间，其中最常见的灾害事故类型就是顶板的冒落或坍塌问题。顶板坍塌普遍是由于岩层暴露面积过大或岩体过于破碎导致的，多为大范围整体冒落。而对于支护条件较差的地下空间而言，还时常可能发生独立岩块失稳坠落的事故，属于局部冒落。无论是大范围整体冒落还是小范围局部冒落，都极易对工作人员与机械设备的安全造成损害。因此，针对顶板冒落灾害研发有效的监测传感器与顶板破坏程度计算方法，对冒顶事故的预警与防护有极其重大的意义。

对于矿山巷道、矿山采场、隧道、硐室等地下开挖空间而言，其暴露面积往往是延伸几公里到几十公里的大范围。而顶板稳定性也并非处处相等，冒落极有可能发生在某些不可预知的区域。目前，常见的顶板冒落的监测手段一般有：顶板离层仪、锚杆应力计、微震监测、超声波监测、导电率监测等。其中，离层仪和锚杆应力计都是点式监测手段，只能监测顶板某一点的位移和应力变化状态。当监测传感器布置不合理时，往往容易造成冒落区遗漏，不能对顶板的整体稳定性进行有效的监控。超声波、导电率、微震等监测手段均为间接物理量监测，由于岩层岩性复杂，无法直观地反映顶板的实际响应状态，导致监测效果很不稳定、结果不可靠。

分布式光纤传感技术适用大范围监测，普遍应用的分布式光纤传感技术主要有：基于光纤拉曼散射或布里渊散射的光时域反射及频域反射技术(R/B-OTDR/OFDR)、基于光纤瑞利散射的偏振光时域反射技术(P-OTDR)、长距离光干涉技术以及准分布式光纤布拉格光栅复用技术等。

目前，对于将分布式光纤传感器应用于顶板冒落监测的尝试并不多见，大多数情况下采用埋设于顶板钻孔之中的方式，无法实现大范围监测；对于极少数将光纤沿巷道纵向铺设的情况，也往往采用混凝土喷浆固定的方式，一方面在布设成本上不够经济，另一方面这种常用的双层包覆型分布式光纤，由于光纤外包层与纤芯极易脱离，将导致监测结果失真。

顶板的变形/冒落形式有多种，对于块状结构顶板可能发生顶板张拉破坏、剪切错动破坏或者张拉-错动混合破坏；对于层状结构顶板可能发生弯曲沉降变形破坏。虽然，分布式光纤监测手段已有部分应用于顶板变形/冒落监测，但监测结果误差大，并且无法基于分布式光纤监测顶板变形的响应结果，直接分析计算出顶板破坏程度。

发明内容

本发明针对分布式光纤监测中监测结果误差大，并且无法直接分析计算出顶板破坏程度的问题，提出了一种卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器及顶板破坏程度计算方法，本发明解决了光纤纤芯与外包层脱离导致监测结果失真的问题，并根据分布式光纤监测顶板变形的响应结果，直接分析计算出顶板破坏程度。

一种卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器，包括光纤纤芯1、紧包套层2和松包套层4，紧包套层2套设在光纤纤芯1上，光纤纤芯1的外侧面均匀设置有环形卡齿3，松包套层4套设在环形卡齿3上。

所述紧包套层2通过超强黏合剂固定粘接包覆在光纤纤芯1的外侧，使其承受巨大的剪切力时，紧包套层2和光纤纤芯1也不会发生脱离；

优选的超强黏合剂有：丙烯酸改性环氧树脂胶、纳米增强环氧树脂胶、双组分环氧树脂胶等；

紧包套层2与传统的光面型紧包套层不同，紧包套层2的外侧面具有锯齿结构，锯齿结构即为环形卡齿3；

松包套层4为柔性材质，比如软橡胶管，松包套层4与环形卡齿3松活嵌套相接，紧包套层2与松包套层4可发生滑脱。

基于卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器的顶板破坏程度计算方法，包括以下具体步骤：

S1.沿巷道纵向方向，将卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器通过固定卡扣固定设置在监测区域内的顶板岩石基体上，其中固定卡扣5包括与环形卡齿3相匹配的环状卡槽和膨胀螺钉10，环形卡齿3与固定卡扣5的环状卡槽卡接；

布设分布式光纤监测传感器时，将固定卡扣5的膨胀螺钉10打入监测区域内的顶板岩石基体中，在分布式光纤监测传感器的固定点位处割开松包套层4，露出该处的环形卡齿3，再将环形卡齿3卡入固定卡扣5的环状卡槽中；

S2.获取分布式光纤光强信号，通过弯折改变光强的方式对分布式光纤监测区域进行位置标定；

S3.通过分析解调仪将标定后的分布式光纤监测区域的光强信号换算成光纤上各个位置的应变信息；

S4.根据分布式光纤上的应变变化曲线演化趋势判断顶板变形破坏类型；

S5.根据判断的破坏类型，绘制顶板变形破坏示意图，根据不同破坏模式下的计算公式，计算出顶板破坏程度。

所述步骤S4.顶板变形破坏类型的判断方法：将所监测的光纤全长上应变变化数据与5种类型顶板破坏时典型光纤监测响应模式进行拟合分析，取拟合系数最高者为顶板变形破坏的类型；具体的，

5种类型顶板破坏时典型光纤监测响应模式为：

分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的分布式光纤发生均匀拉伸变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，则顶板破坏类型为张拉破坏型，即顶板岩层中部出现一条张拉裂纹且裂纹张开度越来越大；

分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的某处发生突变的拉伸变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的其他段分布式光纤的变形为小变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，则顶板破坏类型为剪切破坏型，即顶板岩层中部出现一条剪切裂纹且裂纹两侧岩体错动越来越大；

分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的分布式光纤依次出现α、β和γ三段不同形式的变形，α段变形为小变形，β段的变形量突然跃升，γ段变形为微变形，γ段变形量小于α段变形量，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，则顶板破坏类型为张拉-剪切混合型破坏型，即顶板岩层中部出现一条裂纹，裂纹张开度越来越大且两侧岩体发生错动，α变形为下滑岩体前段分布式光纤的变形，β变形为岩体边角处分布式光纤的变形，γ变形为下滑岩体后端分布式光纤的变形；

分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的分布式光纤依次出现α、β、γ、δ、ε五段不同形式的变形，α段、γ段和ε段的变形为恒定变形，γ段的变形量小于α段的变形量且γ段的变形量小于ε段的变形量，β段和δ段的变形量突然跃升，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，则顶板破坏类型为孤石坠落型，即顶板岩层中某一块岩石下滑坠落；

分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的分布式光纤呈现弧形的连续变化拉伸变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，则顶板破坏类型为弯曲破坏型，即顶板岩层整体出现下沉弯曲变形。

所述微变形指变形量不超过该段分布式光纤长度的0.1％；

所述小变形指变形量为该段分布式光纤长度的0.1～0.5％；

所述大变形指变形量超过该段分布式光纤长度的0.5％；

所述变形量突然跃升指沿光纤长度的变形率超过(0.5％)/cm；

所述步骤S5.顶板破坏程度的计算方法：

对于巷道顶板岩层拉伸断裂破坏模式(如图5)，固定卡扣P1和P2间岩层的张拉裂缝开裂宽度Δx和岩块错动位移Δy，可根据下面的公式计算：

其中，P

对于巷道顶板岩层错动破坏模式(如图6)，固定卡扣P1和P2间岩层的张拉裂缝开裂宽度Δx和岩块错动位移Δy，可根据下面的公式计算：

对于巷道顶板岩层拉伸与错动混合破坏模式(如图7)，固定卡扣P1和P2间岩层的张拉裂缝开裂宽度Δx和岩块错动位移Δy，可根据下面的公式计算：

对于巷道顶板岩层孤石坠落破坏模式(如图8)，固定卡扣P1和P2间岩层的张拉裂缝开裂宽度Δx和岩块错动位移Δy，可根据下面的公式计算：

对于巷道顶板岩层弯曲沉降破坏模式(如图9)，岩层发生下沉变形的横向范围Δx和岩层最大下沉位移Δy，可根据下面的公式计算：

其中，P

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过固定卡扣固定设置在监测区域内的卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器，由于卡齿的存在，使得分布式光纤在纵向上可以承受巨大的拉伸力，有效避免传统平滑表面的纤芯包层在光纤受到较大的拉伸力作用下发生纤芯与包层滑脱的现象，保障分布式光纤传感器的监测精度；

(2)本发明分布式光纤的布设方式摒弃了传统的混凝土喷浆固定方式，可节约成本；操作流程上更为便捷，有效的提高了布设效率；并且，当监测任务结束时，可以将卡扣掰开，无损的回收分布式光纤传感器，有利于传感器的重复利用；

(3)本发明方法根据分布式光纤上的应变变化曲线演化趋势，直接准确判断顶板变形破坏类型，并分析计算出顶板的破坏程度，利于顶板冒落灾害的预警和防控。

附图说明

图1为卡齿型分布式光纤变形传感器；a为主视图，b为侧视图，c为立体图；

图2为卡齿型分布式光纤变形传感器与固定卡扣装配图；

图3为固定卡扣结构示意图；

图4为巷道顶板变形监测分布式光纤布置示意图；

图5为巷道顶板岩层拉伸断裂破坏模式；

图6为巷道顶板岩层错动破坏模式；

图7为巷道顶板岩层拉伸与错动混合破坏模式；

图8为巷道顶板岩层孤石坠落破坏模式；

图9为巷道顶板岩层弯曲沉降变形破坏模式；

图中：1-光纤内芯、2-紧包套层、3-环形卡齿、4-松包套层、5-固定卡扣、6-巷道顶板岩层、7-巷道底板岩层、8-卡齿型分布式光纤传感器、9-地表、10-膨胀螺钉。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1：一种卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器(见图1)，包括光纤纤芯1、紧包套层2和松包套层4，紧包套层2套设在光纤纤芯1上，光纤纤芯1的外侧面均匀设置有环形卡齿3，松包套层4套设在环形卡齿3上；紧包套层2通过超强黏合剂固定粘接包覆在光纤纤芯1的外侧，使其承受巨大的剪切力时，紧包套层2和光纤纤芯1也不会发生脱离；

超强黏合剂有：丙烯酸改性环氧树脂、纳米增强环氧树脂胶、双组分环氧树脂胶等；

紧包套层2与传统的光面型紧包套层不同，紧包套层2的外侧面具有锯齿结构，锯齿结构即为环形卡齿3；

松包套层4为柔性材质，比如软橡胶管，松包套层4与环形卡齿3松活嵌套相接，紧包套层2与松包套层4可发生滑脱；

基于卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器的顶板破坏程度计算方法，具体步骤如下：

S1.沿巷道纵向方向，将卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器通过固定卡扣固定设置在监测区域内的顶板岩石基体上(见图4)，其中固定卡扣5包括与环形卡齿3相匹配的环状卡槽和膨胀螺钉10(见图3)，环形卡齿3与固定卡扣5的环状卡槽卡接(见图2)；由于平滑表面的纤芯包层在光纤受到较大的拉伸力作用下，极易发生纤芯与包层滑脱的现象，卡齿固定方式，可极大地避免这种滑脱现象，保障监测精度；

布设分布式光纤监测传感器时，将固定卡扣5的膨胀螺钉10打入监测区域内的顶板岩石基体中，在分布式光纤监测传感器的固定点位处割开松包套层4，露出该处的环形卡齿3，再将环形卡齿3卡入固定卡扣5的环状卡槽中；

卡齿型分布式光纤传感器8采用固定卡扣5固定于顶板岩层6的每个岩块底部(见图4)，巷道顶板岩层可能已经产生裂缝或者即将产生裂缝，地应力作用下，顶板岩层处于平衡稳定状态，为了有效监测每一块顶板岩石的变形响应，需要尽量在每个岩块上布设固定点；即使遗漏了某些岩块，即并未在其表面布设固定点，由于分布式光纤的全长监测优势，当岩块下滑/坠落过程中，仍将接触分布式光纤并引起光纤响应，并反分析出岩块的掉落位置与滑动位移；

具体的布设步骤如下：

1)根据现场实际顶板稳定条件选择监测区域；

2)统计监测区域的长度、宽度以及主要岩块数量；

3)根据监测区域的长度、宽度以及主要岩块数量，准备足够长的卡齿型分布式光纤8以及足够多的固定卡扣5，并根据监测区域宽度与岩块数量确定固定卡扣5的安装位置；当监测区域宽度大于最大岩块尺寸时，可布设两排或多排光纤；

4)在需要安装固定卡扣5的顶板位置钻孔，并在钻孔内塞入塑料膨胀壳，以便下一步安装固定卡扣5；

5)将固定卡扣5的膨胀螺钉10对准钻孔，旋拧膨胀螺钉10使固定卡扣5固定于顶板岩石；

6)采用配套的剥线钳或小刀，在对齐固定卡扣5的位置剥去卡齿型分布式光纤8的最外层即松包套层4，使之紧包套层2裸露，将固定卡扣5掰开，并将分布式光纤紧包套层2裸漏处卡入固定卡扣的卡槽内；

7)将所有分布式光纤卡入固定卡扣5后，预留一定长度的分布式光纤接入分布式光纤解调分析仪，完成传感器的布设工作；

S2.获取分布式光纤光强信号，通过弯折改变光强的方式对分布式光纤监测区域进行位置标定；

S3.通过分析解调仪将标定后的分布式光纤监测区域的光强信号换算成光纤上各个位置的应变信息；

S4.根据分布式光纤上的应变变化曲线演化趋势判断顶板变形破坏类型：将所监测的光纤全长上应变变化数据与5种类型顶板破坏时典型光纤监测响应模式进行拟合分析，取拟合系数最高者为顶板变形破坏的类型；

具体的，5种类型顶板破坏时典型光纤监测响应模式为：

分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的分布式光纤发生均匀拉伸变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，则顶板破坏类型为张拉破坏型，即顶板岩层中部出现一条张拉裂纹且裂纹张开度越来越大；

分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的某处发生突变的拉伸变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的其他段分布式光纤的变形为小变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，则顶板破坏类型为剪切破坏型，即顶板岩层中部出现一条剪切裂纹且裂纹两侧岩体错动越来越大；

分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的分布式光纤依次出现α、β和γ三段不同形式的变形，α段变形为小变形，β段的变形量突然跃升，γ段变形为微变形，γ段变形量小于α段变形量，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，则顶板破坏类型为张拉-剪切混合型破坏型，即顶板岩层中部出现一条裂纹，裂纹张开度越来越大且两侧岩体发生错动，α变形为下滑岩体前段分布式光纤的变形，β变形为岩体边角处分布式光纤的变形，γ变形为下滑岩体后端分布式光纤的变形；

分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的分布式光纤依次出现α、β、γ、δ、ε五段不同形式的变形，α段、γ段和ε段的变形为恒定变形，γ段的变形量小于α段的变形量且γ段的变形量小于ε段的变形量，β段和δ段的变形量突然跃升，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，则顶板破坏类型为孤石坠落型，即顶板岩层中某一块岩石下滑坠落；

分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的分布式光纤呈现弧形的连续变化拉伸变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，则顶板破坏类型为弯曲破坏型，即顶板岩层整体出现下沉弯曲变形；

S5.根据判断的破坏类型，绘制顶板变形破坏示意图，根据不同破坏模式下的计算公式，计算出顶板破坏程度；

本发明通过分布式光纤上的应变变化曲线演化趋势，直接判断顶板变形破坏类型，即通过不同破坏类型条件下分布式光纤监测结果的不同响应模式，反分析顶板的变形/破坏类型和程度；可解决传统布设的分布式光纤，顶板破坏响应不明的问题。

实施例2：基于实施例1卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器的顶板破坏程度计算方法，具体步骤如下：

基于卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器的顶板破坏程度计算方法，具体步骤如下：

S1.沿巷道纵向方向，将卡齿型顶板冒落分布式光纤监测传感器通过固定卡扣固定设置在监测区域内的顶板岩石基体上(见图4)，其中固定卡扣5包括与环形卡齿3相匹配的环状卡槽和膨胀螺钉10(见图3)，环形卡齿3与固定卡扣5的环状卡槽卡接(见图2)；由于平滑表面的纤芯包层在光纤受到较大的拉伸力作用下，极易发生纤芯与包层滑脱的现象，卡齿固定方式，可极大地避免这种滑脱现象，保障监测精度；

卡齿型分布式光纤传感器8采用固定卡扣5固定于顶板岩层6的每个岩块底部(见图4)，巷道顶板岩层可能已经产生裂缝或者即将产生裂缝，地应力作用下，顶板岩层处于平衡稳定状态，为了有效监测每一块顶板岩石的变形响应，需要尽量在每个岩块上布设固定点；即使遗漏了某些岩块，即并未在其表面布设固定点，由于分布式光纤的全长监测优势，当岩块下滑/坠落过程中，仍将接触分布式光纤并引起光纤响应，并反分析出岩块的掉落位置与滑动位移；

S2.获取分布式光纤光强信号，通过弯折改变光强的方式对分布式光纤监测区域进行位置标定；

S3.通过分析解调仪将标定后的分布式光纤监测区域的光强信号换算成光纤上各个位置的应变信息；

S4.根据分布式光纤上的应变变化曲线演化趋势判断顶板变形破坏类型：将所监测的光纤全长上应变变化数据与5种类型顶板破坏时典型光纤监测响应模式进行拟合分析，取拟合系数最高者为顶板变形破坏的类型；

具体的，5种类型顶板破坏时典型光纤监测响应模式为：

如图5所示，当顶板岩层中部出现一条张拉裂纹且裂纹张开度越来越大时，顶板破坏类型为张拉破坏，由于裂缝两侧的固定卡扣5隔绝了其他段分布式光纤的变形，分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的分布式光纤发生均匀拉伸变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，即图5中的OA段的变形值几乎为零，AB段(固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的分布式光纤)为明显的均匀拉伸变形，BC段的变形值几乎为零；反之，根据分布式光纤全长上的应变变化曲线演化趋势，判断顶板破坏类型为张拉破坏型，即顶板岩层中部出现一条张拉裂纹且裂纹张开度越来越大；

如图6所示，由于下滑岩体的边角将剧烈挤压分布式光纤，使得分布式光纤在某处发生明显突变的拉伸变形，两只固定卡扣5之间的其他段变形略小，固定卡扣之外的段变形几乎为零；故分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的某处发生突变的拉伸变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的其他段分布式光纤的变形为小变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，即图6中的OA段变形值几乎为零，AB段变形值较小，BC段变形量突然跃升，CD段变形值较小，DE段变形值几乎为零；反之，根据分布式光纤全长上的应变变化曲线演化趋势，判断顶板破坏类型为剪切破坏型，即顶板岩层中部出现一条剪切裂纹且裂纹两侧岩体错动越来越大；

如图7所示，当顶板岩层中部出现一条裂纹，裂纹张开度越来越大且两侧岩体发生明显错动时，顶板破坏类型为张拉-剪切混合型破坏，岩体的张拉将引起裂纹前端的分布式光纤拉伸，下滑岩体的边角同时将剧烈挤压分布式光纤，使得分布式光纤在某处发生明显突变的拉伸变形；分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的分布式光纤依次出现α、β和γ三段不同形式的变形，α段变形为小变形，β段的变形量突然跃升，γ段变形为微变形，γ段变形量小于α段变形量，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，即图7中的OA段变形值几乎为零，AB段变形值有所上升，BC段的变形值突然跃升，CD段变形值相较于AB段较小，DE段变形量几乎为零；反之，根据分布式光纤全长上的应变变化曲线演化趋势，判断顶板破坏类型为张拉-剪切混合型破坏型，即顶板岩层中部出现一条裂纹，裂纹张开度越来越大且两侧岩体发生错动，α变形为下滑岩体前段分布式光纤的变形，β变形为岩体边角处分布式光纤的变形，γ变形为下滑岩体后端分布式光纤的变形；

如图8所示，当顶板岩层中某一块未安装固定卡扣5的岩石下滑时，顶板破坏类型为孤石坠落，由于下滑岩体的两侧边角均将剧烈挤压分布式光纤，使得分布式光纤在某两处发生明显突变的拉伸变形，它们之间的分布式光纤发生均匀拉伸变形；分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的分布式光纤依次出现α、β、γ、δ、ε五段不同形式的变形，α段、γ段和ε段的变形为恒定变形，γ段的变形量小于α段的变形量且γ段的变形量小于ε段的变形量，β段和δ段的变形量突然跃升，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，即图8中呈现的OA段变形值几乎为零，AB段变形量较大，BC段变形量突然跃升，CD段变形值较小且恒定，DE段变形量又突然跃升，EF段变形量较大，FG段变形值几乎为零；反之，根据分布式光纤全长上的应变变化曲线演化趋势，判断顶板破坏类型为孤石坠落型，即顶板岩层中某一块岩石下滑坠落；

如图9所示，当顶板岩层整体出现下沉弯曲变形时，顶板破坏类型为弯曲破坏，由于岩层的下沉变形在纵向上是连续变化的，下沉段的分布式光纤也将发生连续渐进的拉伸变形；分布式光纤在相邻的固定卡扣P1和固定卡扣P2之间的分布式光纤呈现弧形的连续变化拉伸变形，固定卡扣P1和固定卡扣P2的外侧分布式光纤未变形，即图8中呈现的在OA段和CD段变形值几乎为零，AB段变形曲线呈弧形的连续上升，BC段变形曲线又呈弧形的连续下降；反之，根据分布式光纤全长上的应变变化曲线演化趋势，判断顶板破坏类型为弯曲破坏型，即顶板岩层整体出现下沉弯曲变形；

S5.根据判断的破坏类型，绘制顶板变形破坏示意图；根据不同破坏模式下的计算公式，计算出顶板破坏程度；

其中顶板破坏程度的计算方法为：

对于巷道顶板岩层拉伸断裂破坏模式(如图5)，固定卡扣P1和P2间岩层的张拉裂缝开裂宽度Δx和岩块错动位移Δy，可根据下面的公式计算：

其中，P

对于巷道顶板岩层错动破坏模式(如图6)，固定卡扣P1和P2间岩层的张拉裂缝开裂宽度Δx和岩块错动位移Δy，可根据下面的公式计算：

其中，P

对于巷道顶板岩层拉伸与错动混合破坏模式(如图7)，固定卡扣P1和P2间岩层的张拉裂缝开裂宽度Δx和岩块错动位移Δy，可根据下面的公式计算：

对于巷道顶板岩层孤石坠落破坏模式(如图8)，固定卡扣P1和P2间岩层的张拉裂缝开裂宽度Δx和岩块错动位移Δy，可根据下面的公式计算：

对于巷道顶板岩层弯曲沉降破坏模式(如图9)，岩层发生下沉变形的横向范围Δx和岩层最大下沉位移Δy，可根据下面的公式计算：

其中，P

以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。