岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (3): 970-979.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0296

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于分布式光纤技术的采动影响下覆岩 变形演化规律试验研究

侯公羽1, 2，胡涛1，李子祥1，谢冰冰1，肖海林1，周天赐1   

  1. 1. 中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院，北京 100083；2. 新疆工程学院 矿业工程与地质学院，新疆 乌鲁木齐 830091
  • 收稿日期:2019-01-30 修回日期:2019-08-12 出版日期:2020-03-11 发布日期:2020-05-26
  • 作者简介:侯公羽，男，1965年生，博士，教授，博士生导师，主要从事岩土工程、岩石力学方面的教学与研究工作。
  • 基金资助:
    中央在京高校重大成果转化项目（No.ZDZH20141141301）；国家自然科学基金委员会与神华集团有限责任公司联合资助重点项目（No.U1261212，No.U1361210）。

Experimental study on overburden deformation evolution under mining effect based on distributed fiber optical sensing technology

HOU Gong-yu1, 2, HU Tao1, LI Zi-xiang1, XIE Bing-bing1, XIAO Hai-lin1, ZHOU Tian-ci1   

  1. 1. School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China; 2. School of Mining Engineering, Xinjiang Institute of Engineering, Urumchi, Xinjiang 830091, China
  • Received:2019-01-30 Revised:2019-08-12 Online:2020-03-11 Published:2020-05-26
  • Supported by:
    This work was supported by the Central University Major Achievement Transformation Project in Beijing (ZDZH20141141301) and the National Natural Science Fund Committee and Shenhua Group Co., Ltd. Jointly Funded Key Projects (U1261212, U1361210).

PDF (Chinese)

182

摘要： 为了解决在实际工程中岩层变形难以用常规测试方法进行监测的问题，采用分布式光纤传感技术的布里渊频域分析技术（BOFDA）和布里渊频移（BFS）分析技术，根据现场的煤层采动过程，在试验室建立4 200 mm×250 mm×1 600 mm（长×宽×高）的采场覆岩模型，通过预埋于模型内部的4条水平传感光纤和5条垂直传感光纤，对模型开挖过程中的覆岩变形特征进行测试。将光纤测试结果与近景摄影数字图像处理技术获得的岩层位移进行对比，揭示了光纤频移值和岩层工作面来压及覆岩结构演化的对应关系，获得了基于光纤频移值的两带发育、演化范围的表征方法。研究表明，使用BOFDA分布式光纤技术监测采动覆岩活动特征与矿压显现规律是可行的，试验结果为分布式光纤测试技术在现场监测煤矿上覆岩层“两带”变形提供了理论依据与试验保障。

关键词: 分布式光纤传感, 布里渊频移, 模型试验, 覆岩变形, 两带监测

Abstract: In practical engineering, the overburden deformation is difficult to be monitored by conventional testing methods. Therefore, the Brillouin frequency shift (BFS) analysis and Brillouin optical frequency domain analysis (BOFDA) technology are adopted in this research to solve the problem. Based on the coal mining processes in the field, a 4 200 mm × 250 mm × 1 600 mm (length, width and height, respectively) overlying strata model is established in the laboratory. The deformation charactistics of overlying strata during the excavation are tested through the four horizontal sensing fibers and five vertical sensing fibers embedded in the model. By comparing the experimental results with the measured displacements obtained by close range photography digital image processing technology, the relationships between the optical fiber frequency shift values, strata working face weighting and the evolution of overburden structure are revealed through the comprehensive analysis of the characteristics of mining overburden activity and the law of strata pressure appearance. Besides, the characterizing method of the development and evolution range of two zones based on optical fiber frequency shift value are also obtained. The study shows that the BOFDA technology can be used to monitor the characteristics of mining overburden activity and the law of strata pressure appearance using BFS analysis. The test results provide theoretical and experimental support for the field application of distributed optical fiber testing technology in monitoring the "two zones" deformation of overlying strata in coal mines.

Key words: distributed fiber optical sensing (DFOS), Brillouin frequency shift (BFS), model test, overlying strata deformation, two-zone monitoring

中图分类号: 

  • TU452
[1] 李元海, 刘德柱, 杨硕, 孔骏, . 深部复合地层TBM隧道围岩应力与变形 规律模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1783-1793.
[2] 王崇宇, 刘晓平, 张家强, 曹周红, . 刚性墙后有限宽度土体被动滑裂面特征试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1839-1849.
[3] 刘志鹏, 孔纲强, 文磊, 王志华, 秦红玉, . 砂土地基中倾斜螺旋桩群桩上拔与水平 承载特性模型试验[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1944-1950.
[4] 饶佩森, 李丹, 孟庆山, 王新志, 付金鑫, 雷学文, . 循环荷载作用下钙质砂地基土压力分布特征研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1579-1586.
[5] 郭明伟, 马欢, 杨忠明, 王斌, 董学超, 王水林, . 常泰长江大桥施工阶段大型沉井基础沉降变形分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1705-1712.
[6] 沈扬, 冯照雁, 邓珏, 陈锴嘉, 许俊红, . 南海珊瑚砂地基承载力模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1281-1290.
[7] 张玉, 李大勇, 梁昊, 张雨坤, . 风电空心锥形基础水平承载特性 及土压力分布规律模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1404-1412.
[8] 陶志刚, 任树林, 郝宇, 李强, 付强, 何满潮, . 层状反倾边坡破坏机制及NPR锚索控制效果 物理模型试验[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 976-990.
[9] 张纪蒙, 张陈蓉, 张凯, . 砂土中大直径单桩水平循环加载模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 783-789.
[10] 郑俊杰, 邵安迪, 谢明星, 景丹, . 不同填土宽度下设置EPS垫层挡土墙试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 324-332.
[11] 万志辉, 戴国亮, 龚维明, 高鲁超, 徐艺飞, . 钙质砂后压浆桩水平承载性状模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 411-418.
[12] 肖捷夫, 李云安, 胡勇, 张申, 蔡浚明, . 库水涨落和降雨条件下古滑坡变形特征 模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 471-480.
[13] 史江伟, 范燕波, 裴伟伟, 陈永辉, 张显, . 盾构下穿非连续管线变形特性及预测方法研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 143-150.
[14] 刘春林, 唐孟雄, 胡贺松, 岳云鹏, 侯振坤, 陈航, . 考虑桩底沉渣的随钻跟管桩竖向承载 特性模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 177-185.
[15] 李建东, 王旭, 张延杰, 蒋代军, 刘德仁, 李盛, . 水蒸气增湿非饱和黄土热湿迁移规律研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 186-192.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 张宜虎，周火明，邬爱清. 结构面网络模拟结果后处理研究[J]. , 2009, 30(9): 2855 -2861 .
[2] 杨 光，孙 逊，于玉贞，张丙印. 不同应力路径下粗粒料力学特性试验研究[J]. , 2010, 31(4): 1118 -1122 .
[3] 闻世强，陈育民，丁选明，左威龙. 路堤下浆固碎石桩复合地基现场试验研究[J]. , 2010, 31(5): 1559 -1563 .
[4] 张常光，张庆贺，赵均海. 非饱和土抗剪强度及土压力统一解[J]. , 2010, 31(6): 1871 -1876 .
[5] 杨天鸿，陈仕阔，朱万成，刘洪磊，霍中刚，姜文忠. 煤层瓦斯卸压抽放动态过程的气-固耦合模型研究[J]. , 2010, 31(7): 2247 -2252 .
[6] 李卫超，熊巨华，杨 敏. 分层土中水泥土围护结构抗倾覆验算方法的改进[J]. , 2011, 32(8): 2435 -2440 .
[7] 张桂民 ，李银平 ，施锡林 ，杨春和 ，王李娟. 一种交互层状岩体模型材料制备方法及初步试验研究[J]. , 2011, 32(S2): 284 -289 .
[8] 胡 存，刘海笑，黄 维. 考虑循环载荷下饱和黏土软化的损伤边界面模型研究[J]. , 2012, 33(2): 459 -466 .
[9] 李术才 ，赵 岩 ，徐帮树 ，李利平 ，刘 钦 ，王育奎 . 海底隧道涌水量数值计算的渗透系数确定方法[J]. , 2012, 33(5): 1497 -1504 .
[10] 王洪新 ，孙玉永 . 考虑基坑开挖宽度的杆系有限元算法及试验研究[J]. , 2012, 33(9): 2781 -2787 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发