基于分布式光纤传感器的工作面支承压力测试研究

基于分布式光纤传感器的工作面支承压力测试研究

煤层开采后,煤岩体内原岩应力重新分布形成采动应力场,从而导致冲击矿压、顶板大面积垮落等矿井动力现象的发生,在各类形式下矿山压力显现中支承压力起主导作用,其通常是矿井复杂动力灾害的主要动力源,对支承压力的监测及围岩的稳定控制问题已成为制约矿井安全高效生产的关键因素。传统的监测手段都是电阻式压力传感器,其存在测试性能不稳定、抗干扰能力差等缺点,而分布式光纤传感技术具有传感距离长、多尺度、高精度、耐候性强等特点,在狭长恶劣的井下环境中可以实现大范围智能化应力应变测试,对于支承压力监测及预测矿井动力灾害具有重要价值。本文以大柳塔煤矿地质条件为原型,结合52306工作面的开采条件及围岩体力学参数,基于极限平衡理论对底板支承压力进行了理论计算;通过对封装后的光纤传感器进行标定试验,得到压力灵敏度系数,为分布式光纤传感器应用于模型实验奠定基础;在相似材料物理模型底板中铺设压力传感器和705硅橡胶封装的光纤传感器,以多种方法实现对支承压力的监测;通过数值模拟对支承压力规律进行预计,与实测数据、理论分析、压力传感器和光纤传感器的测试结果做了对比分析。试验表明,通过705硅橡胶封装的光纤传感器其应变值与封装厚度和荷载变化量呈线性关系,拟合优度在0.95以上,应变和封装厚度和载荷的关系为9.44με/(cm×kPa),为模型实验中光纤测试支承压力提供基础;通过FLAC数值模拟,得出采场周围支承压力分布规律及特征与相似材料物理模型实验中压力传感器、光纤传感器、理论分析的支承压力测试结果基本一致。

研究表明通过705硅橡胶封装的分布式光纤压力传感器能够测试支承压力的变化规律,为模型实验采场支承压力测试提供新思路。