分布式光纤锚杆全长监测的实验研究

发布时间：2019-05-15 03:41

【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。
[Abstract]:In recent years, the mining of coal industry has also made great progress, but it is followed by the safety problem in the process of coal mining. The number of roof accidents in coal mines is high, but the main reason of roof accidents is that roadway support is not timely, roadway support is not enough and so on. Bolt support significantly improves the effect of roadway support, reduces the cost of roadway support, and reduces the labor intensity of workers. At present, bolt support technology has been widely used at home and abroad, and it is one of the key technologies to realize high yield and high efficiency in coal mine. In this paper, the sensing technology of fiber Bragg grating and the principle of pulse prepumping Brillouin optical time domain analysis (Pulse-PrePump Brillouin Optical Time Domain Analysis,PPP-BOTDA) are introduced, and the relationship between wavelength drift and temperature and strain of fiber Bragg grating is analyzed. And the relationship between Brillouin frequency shift and temperature and strain. By simulating the installation and stress process of anchor rod in laboratory, the similar material simulation test is designed, and the fiber Bragg grating sensing system and PPP-BOTDA distributed optical fiber sensing system are constructed. The two monitoring systems are applied to the test monitoring at the same time. Through many experiments, the reasonable packaging technology and protection measures of anchor fiber are given, and the reasonable installation method is put forward. The data of FBG fiber grating monitoring and PPP-BOTDA distributed fiber monitoring in the process of bolt drawing are compared and analyzed, and it is determined that it is feasible for PPP-BOTDA distributed fiber to monitor the force of bolt drawing process. The research shows that PPP-BOTDA distributed optical fiber sensing technology realizes the distributed monitoring of bolt drawing test, and can well monitor the distribution of axial force on rod body in the process of bolt drawing. Through the analysis of the data of PPP-BOTDA distributed optical fiber monitoring in the process of bolt drawing, the shear stress on the bolt body is obtained. through the position of the peak value of the shear stress of the bolt, a way to judge the anchoring degree of the anchor rod is obtained.
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD353.6

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本文编号：2477282