[發明專利]基于光纖光柵鉆孔應力計的圍巖應力在線監測系統及方法

有效

• 申請號: 201310358444.8
• 申請日: 2013-08-15
• 公開（公告）號: CN103454020A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 方新秋;劉曉寧;梁敏富
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種應力在線監測系統及方法，具體是一種基于光纖光柵鉆孔應力計的圍巖應力在線監測系統及方法。

背景技術

近年來，隨著采礦技術的不斷提高和開采深度的不斷增加，礦山壓力顯現所造成的災害也越來越嚴重，如頂板冒落、巷道變形、沖擊礦壓等事故頻繁發生，給我國的煤礦業造成了巨大的損失，嚴重影響了從業人員的生命安全和礦井生產。因此，作為礦井安全生產重要保障手段之一的圍巖應力監測越來越受到重視，對監測的準確性、可靠性及在線監測能力的要求也越來越高。如果建立一個先進的圍巖應力在線監測預警系統，就能有效地預防和減少礦壓事故的發生。

雖然目前國內外在人工智能化監測領域已經取得一定發展，但現有的礦壓監測方法普遍具有以下缺點：1、易受電磁干擾和外界環境干擾，監測精度不好；2、不防潮，可靠性低，監測效率不高，傳感元件壽命短；3、無法對監測進行遠程監控，不能實現實時在線監測和長期監測。

發明內容

技術問題：為了克服現有技術中的不足，本發明提供一種基于光纖光柵鉆孔應力計的圍巖應力在線監測系統及方法，解決目前礦壓監測存在的：1、易受電磁干擾和外界環境干擾，監測精度不好；2、不防潮，可靠性低，監測效率不高，傳感元件壽命短；3、無法對監測進行遠程監控，不能實現實時在線監測和長期監測的問題。

技術方案：本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種基于光纖光柵鉆孔應力計的圍巖應力在線監測包括系統和方法，

所述的系統包括：光纖光柵鉆孔應力計、光纖連接頭、光纖、礦用光纜、光纖光柵解調儀和計算機；在光纖光柵鉆孔應力計的尾部連接有光纖連接頭，光纖連接頭通過光纖和礦用光纜與光纖光柵解調儀的輸入端連接，光纖光柵解調儀的輸出端與計算機連接；所述的光纖光柵鉆孔應力計內包括有多組光纖光柵，每組光纖光柵由一個軸向應變光柵、一個橫向應變光柵和一個溫度光柵組成。

所述的方法通過下列步驟實現：

A、用鉆孔機在巷道圍巖中垂直巷道壁鉆孔，鉆孔直徑比光纖光柵鉆孔應力計的直徑約大2-4mm，將錨固劑送入鉆孔前端，把光纖光柵鉆孔應力計按垂直或水平的方向安裝在鉆孔中，并與錨固劑充分錨固；將光纖連接頭引出鉆孔的外部并與光纖連接，將鉆孔用水泥砂漿封孔；光纖接入礦用光纜，將光信號傳遞至地面光纖光柵解調儀，解調后信號傳輸至計算機系統，計算機系統得到軸向應變光柵、橫向應變光柵和溫度光柵的中心波長漂移量；

B、對軸向應變光柵和溫度光柵的中心波長數據進行如下處理以得到軸向應變量：

ΔλBHλBH=KϵϵH+KTΔTΔλBTλBT=KTΔT]]>

式中，分別為軸向應變光柵和溫度光柵的中心波長漂移量，分別為軸向應變光柵和溫度光柵的初始中心波長，ε_H為軸向應變光柵的軸向應變量，K_ε為光纖光柵光彈效應下波長漂移軸向靈敏度系數，K_T為光纖光柵相對溫度靈敏度系數，ΔT為溫度變化量；