光纤光栅技术在井壁融化期间变形监测中的应用

针对深厚松散层冻结井筒解冻期间井壁受力特性变化复杂的难题,为确保板集煤矿副井井筒施工安全,基于光纤光栅传感技术,分析了传感力学模型,采用埋入式FBG传感器构建了在线监测系统,对井筒井壁结构进行信息化监测,获得了多方位、多层位井筒应变的实时数据。通过与传统的振弦式传感技术监测数据相比较,发现2种监测结果在时空上具有一致性,都能基本反映副井井筒弯曲段复杂受力状况。应用结果表明:光纤光栅传感监测系统可在线实时监测井壁内部混凝土的应变变化情况,可较准确地掌握整个竖井井壁的安全状况。     

光纤光栅技术在竖井井筒监测中的应用

为了研究复杂地质条件下竖井井筒的受力变形情况,以安徽国投新集板集煤矿风井为研究对象,采用光纤光栅技术研发的实时在线监测系统监测复杂环境条件下的竖井井筒结构,建立了运用埋入井壁混凝土中的光纤光栅传感器的波长变化来反映井筒受力的应力应变和周围温度变化的监测方法,并通过光纤传输到计算机中进行计算分析,实现远程实时在线监测。研究结果表明,基于光纤光栅技术研发的竖井井筒安全监测系统,可以对复杂地质条件下的井筒受力变形情况进行实时在线监测,对目前复杂多变地质条件下的深井开采具有重要的理论意义和现实意义。     

光纤光栅传感器在冻结立井施工监测中的应用

 立井的安全在矿井建设中尤为重要,因此对其安全性监测显得必不可少。采用光纤光栅传感器对内蒙古鄂尔多斯某冻结井筒进行了监测,监测内容包括井壁钢筋轴力、混凝土应变和井壁温度,在实际监测过程中充分体现了光纤光栅传感器具有的高精度测量、分布式测量的优点。最后对监测结果进行了分析,得出了一些有用的结论,同时表明利用光纤光栅传感器监测冻结井筒具有很好的效果。     

断层地质条件下竖井井壁变形监测技术研究

针对华北地区深层开采中冻结竖井施工过程中的井壁变形监测问题,设计了基于光纤光栅传感器的实时监测系统。以山西潞安集团余欣煤矿风井为研究对象,结合该风井结构,在井壁分层埋入光纤光栅传感器,通过主光纤将反射波长变化数据传送至地面进行数据处理,完成远程实时在线监测。应用结果表明,设计的基于光纤光栅监测技术具有较好的重复性和测量精度,符合地层地质特征,为国内同类型竖井的安全生产提供了理论和实践参考。     

基于光纤光栅技术的竖井井壁变形在线监测系统研究与设计

针对深部矿井井筒井壁应力环境复杂的特点,结合光纤光栅传感技术原理及优势,将光纤光栅传感器埋入井筒套壁混凝土内部,根据井筒地质结构及套壁工艺设计了监测方案,构建多点分布式传感系统对井筒井壁大尺度的多点进行长期实时的在线监测。监测数据表明,利用光纤布拉格光栅传感技术监测井筒井壁结构健康具有很好的效果,为及时评价井筒安全状况与运行状态提供依据。     

光纤光栅监测系统在钻井井壁健康监测中的设计与应用

钻井井壁在下沉阶段一直受水侵入和电磁干扰,且每节井壁下沉是一“瞬间”过程,常规测试技术很难满足这一工程要求.引入新型光纤光栅传感器对某钻井井壁进行监测,介绍了光纤光栅监测方案设计与施工情况.数据分析并与理论值比较表明:监测数据准确、稳定、可靠,监测数据与理论值吻合较好,该类传感器对水侵入有良好适应性,不受电磁干扰.光纤光栅监测系统及时、准确地反映了钻井井壁的实际受力变形情况.     

磁西副立井超千米单层井壁受力变形实测与分析

分析了我国矿山井筒井壁实测的现状和发展。采用振弦式混凝土应变计和钢筋计、有线远程传输、可存储数字采集仪,实施了井壁受力变形传感器埋设和监测,测试深度达到了垂深1 208 m。根据实测数据,对井壁混凝土应变分别进行了内缘与外缘、竖向与环向的对比,钢筋受力应变和混凝土应变之间的对比分析,并通过包神公式进行理论值和实测值的对比分析。对比研究说明了实测结果的正确性、合理性。结果表明,短掘短期单层井壁的内缘环向应力大于竖向和径向应力,符合包神井壁设计公式推导的理论基础,井壁实测期间全过程中出现最大观测值的时间是混凝土井壁砌筑后5~6个月,最大环向应变约为-1 093×10-6,总体平均内缘环向应变为-682×10-6。井壁混凝土环向应变的不均匀系数为2.15,钢筋受力的不均匀系数为1.36。实测结果表明,C60等级,900 mm厚的钢筋混凝土井壁是安全的,可为千米竖井井壁设计提供参考。     

基于光纤应变测试技术的井筒壁后注浆井壁变形监测

引用分布式光纤应变测试技术对井筒壁后注浆期间的井壁变形进行监测,获得了注浆期间井壁应变量的实时数据。分析发现,壁后注浆期间,井壁的变形主要为压缩变形,且变形一直在增大,应变量增长主要发生在水泥注浆初期及化学注浆期间;水泥注浆过程中井壁的应变与注浆点的位置较为吻合,说明水泥注浆浆液扩散的距离有限;化学注浆期间,应变增长集中位置与注浆点所在的位置有差异,说明化学浆液在壁后扩散的距离较远。     

济宁二号煤矿副井井壁监测研究

主要叙述了利用井筒井壁变形监测系统，监测井壁应力和应变的变化来判定井壁的安全稳定性，据此采取相应措施，达到预防治理井壁变形破裂灾害的目的。     

用光纤光栅传感监测系统对矿井井壁应变实施监测的研究

文章探讨了基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器的工作原理,并用实验的方法验证其精确度,根据其具备现场非电测量、抗干扰能力强等优点说明此系统在煤矿安全监测中的可行性,并提出实时监测井壁应变的方案。     

施工期钻井井壁混凝土应变实测分析

介绍了温家庄铁矿副井钻井井壁施工期间井壁混凝土应变光纤光栅实测方案,分析了混凝土应变变化规律,结果表明：施工期井壁混凝土以受压为主,环向应变大于竖向应变,应变变化阶段与施工工序相对应。漂浮下沉阶段混凝土应变呈现“双线性”特点,实测应变与导出公式计算值相吻合;增加配重水阶段环向压应变减小而竖向压应变略有增加;首次注浆阶段压应变显著减小,个别出现拉应变;后3次注浆阶段压应变先增加后减小,环向应变变化大于竖向应变;抽排配重水阶段环向压应变显著增加,竖向应变变化不大;二次补注浆阶段压应变先增加后减小,但幅度较前述注浆时有所减小。     

松散地层深部沉降变形的光纤Bragg光栅监测

为了监测松散含水地层沉降变形,提出了一种在预设钻孔中埋入光纤Bragg光栅传感器网络系统的监测方法.根据光纤Bragg光栅传感原理和矿井地层情况,设计并实现了一个由18个光纤光栅组成的具有特色的光纤Bragg光栅波分复用/空分复用混合阵列,研究了光纤Bragg光栅传感器应变传递规律,通过监测得出了风井松散层应变变化情况,在146~149 m的砂砾层和167~176 m的黏土层处应变最大,截至2008-05-01最大应变变化量为121.68 με.工程实践表明,光纤光栅传感器监测正常,系统稳定,光纤光栅作为应力应变检测使用安全可靠.     

济三矿风井厚松散层沉降变形光纤光栅监测方法

为了准确预测深厚松散层深部层位因失水压缩变形,分析总结了松散层不同深度黏土层和砂层的失水特征、压缩变形特性,采用松散层钻孔植入式光纤光栅监测系统,对济三矿风井处第四系松散地层104—180 m段埋设的18个光纤光栅传感器进行了长期的实时监测,由光栅传感器监测的松散层应变得出了各层位的压缩变形量。监测结果表明,松散层下组的厚砂砾层是产生主要压缩变形层,可塑状态的厚黏土层也有较大压缩变形,其余层位压缩变形小。下组厚砂砾层和厚黏土层是重点监测层位,为深钻孔植入式光纤光栅监测系统监测设计提供了依据。     

深厚表土层冻结外层井壁受力状况的监测及分析

针对许疃煤矿中央风井深厚表土冻结凿井的技术难题,通过对冻结井壁受力状况的实时监测,获取了冻结压力、外层井壁钢筋应力和混凝土应变等数据.监测结果表明,冻结压力与深度并不一定成正比,其大小受土层层厚影响较大,且呈现出不均匀性;竖向钢筋主要承受温度拉应力,环向钢筋主要承受冻结压力引起的压应力;混凝土应变和钢筋应力的变化趋势基本保持一致.     

光纤Bragg光栅传感器在钻井井壁监测中的应用

为了克服传统电测法在钻井井壁监测中的缺陷,根据钻井井壁施工工艺和地质条件等,提出了井壁节数及传感器布设方案,并采用光纤Bragg光栅传感器(FBG)对唐山温家庄铁矿钻井井壁下沉过程进行实时监测,监测内容为井壁外壁所受压力、混凝土应变以及钢筋应力,并对监测数据处理分析,分析结果表明:FBG对钻井井壁的监测数据可达理论值的95%～98%,监测数据能够及时、准确地反映钻井井壁受力变化情况,保证了监测的可靠性、稳定性与重复性。     

基于光纤光栅监测的松散地层深部注水试验

为了探索厚松散地层深部失水层位的钻孔注水特性，采用一种新型的光纤光栅传感系统实现了某矿松散层注水过程中应变的在线监测。介绍了在深度+115.83～+135.15 m处松散层注水实施过程，及通过2个钻孔对注水层位应变和水位监测的光纤Bragg光栅系统及水位监测系统，注水试验注水压力值依次为0.1，0.2，0.3 MPa和总注水量达到4 226.84 m 3。分析了注水压力、注水量和松散层应变变化的关系，松散层在注水前后和过程中松散层应力应变状态。试验表明，随着注水压力升高和注水量增加，松散层压缩状态得到改善，较注水前，注水后注水层位呈明显拉伸状态。光纤光栅监测系统灵敏、稳定，能够实现对松散层深部注水的过程实时监测，试验为进一步实施松散层地区沉降治理提供了重要的依据。     

沿空留巷充填体应力变化光栅监测系统及应用

针对沿空留巷支护过程中需对充填体进行大量程的应力监测,设计一种基于光纤光栅的大量程光纤光栅应力传感器和光纤在线监测系统,该监测系统由矿用光纤光栅解调仪、光纤光栅应力传感器及通信光缆等组成,采用双光栅温度补偿方法可有效减小温度漂移对监测精度的影响。利用该监测系统对东滩煤矿3203工作面沿空留巷砌体墙的应力变化情况进行了实时在线监测,结果表明,大量程光纤光栅应力传感器和光纤在线监测系统能够实时、准确监测沿空留巷支护过程中应力变化过程,这为进一步优化支撑结构,确定沿空留巷支护方案提供依据。     

分布式光纤及光纤光栅传感技术在煤矿安全监测中的应用现状及展望

目前国内煤矿普遍采取高强度(大采高)的开采现状，伴随着煤矿开采智能化快速发展，对煤矿安全监测也提出了更高的要求。现有的煤矿巷道一般长达几千米，工作面面积更是能达到几平方千米，很难通过人工方式或使用传统的点态传感器来准确、实时地获取如此大面积的监测信息。由于光纤材质具有易于加工、耐磨性高、耐腐蚀性强、绝缘性好、抵抗地下水和电磁干扰能力强等优点，随着近代光学基础理论及光纤通信的发展，各种光学器件的制造成本也在不断降低，将光纤监测技术用于监测领域是发展的必然结果。而且光纤主要成分为二氧化硅，属于本质安全型传感器，特别适合于在煤矿等高危环境下监测。本文系统总结了各类光纤传感技术的基本原理、优缺点和适用条件，重点介绍了采用光纤光栅及分布式光纤传感技术在煤矿安全监测中进行煤矿立井壁变形、采空区地层沉陷变形、采动覆岩变形、巷道安全及稳定性、煤矿瓦斯监测预警等方面的应用现状，展望了分布式光纤监测技术的应用前景。通过对已有文献的分析，获得了如下结论：光纤传感技术能够满足在不同条件下对煤矿安全监测的基本要求，可以在各种恶劣环境下使用。与现有的传统人工监测、点态传感器等常规测试方式和技术相比，光纤监测技术的...     

锚杆支护巷道光纤光栅实时动态监测系统研究

基于光纤光栅FBG的传感原理,设计研制了由光纤光栅传感器构成的煤矿锚杆支护巷道实时、动态监测系统。其传感器通过光波信息可实现应变、压强、温度、位移、振动等物理量的测量,具有抗电磁干扰,无源本质安全,远距离传输以及串/并连接构成分布式测量等优点。该监测系统经煤矿井下工业性试验,取得了良好的效果。     

GS-1型滑坡光纤多参数监测系统的研究

开发一种自动化地质灾害滑坡光纤多参数监测系统,采用基于光纤光栅的反射中心波长随光纤光栅所受的应变或温度的改变产生移动,其波长移动量的多少直接反映应变或温度变化大小的工作原理。利用光纤光栅封装结构的变化,实现应变、应力、压力、温度、位移、振动等多种参量的测试;对多个光纤光栅的中心波长进行排布上的设计,则实现多点的准分布式测量,推动地质灾害监测技术的进步。