[发明专利]一种煤层底板偏应力监测方法、系统及装置

说明书

本发明公开涉及一种煤层底板偏应力监测方法、系统及装置，该方法应用于煤层底板偏应力监测系统，包括：在煤层底板模拟实验台内的煤层底板相似模拟材料被施加模拟矿井下煤层底板受到的偏应力的过程中，通过光频域分析仪向分布式光纤传感器发送输入光信号并接收分布式光纤传感器发送的输出光信号；通过光频域分析仪根据输出光信号获取应变值；通过处理器根据预设的应变值分析策略，获取相似模拟材料受到的偏应力大小和方向。能够通过在煤层底板偏应力系统上施加模拟矿井下煤层底板收到的偏应力以及通过光频域分析仪采集，分析光纤传感器发出的光信号，获取偏应力的大小和方向，通过对偏应力的研究解决煤层开采过程中巷道底鼓及煤壁片帮等问题。

技术领域

本发明公开涉及采矿相似模拟实验监测技术领域，具体地，涉及一种煤层底板偏应力监测方法、系统及装置。

背景技术

相似模拟是一种重要的科学研究手段，是在实验室内按相似原理制作与原型相似的模型，并借助测试仪器观测模型内的力学参数及其分布规律，利用在相似模型上的研究结果，借以推断原型中可能发生的力学现象以及压力分布规律，从而解决工程生产中的实际问题。目前，在煤层底板受力监测的研究过程中，利用相似模拟材料来建立缩放一定的比例的相似模型，通过对模型作出相应的开挖来模拟工程活动，进而反演工程活动所产生的现象，借助位移和应力监测装置可定量研究工程活动过程中产生的位移和应力变化，是当前较为热门的研究手段。但是，煤层开采过程中煤柱载荷引起底板应力的变化应包括多方面的变化，如垂直应力、水平应力、剪应力。而以往的监测装置多关注垂直应力的变化，而对其他方面则关注较少。为此，在研究煤层底板偏应力变化时，需要掌握煤层开采过程中工作面前方以及巷道的偏应力大小和方向，来解决由于偏应力方向改变或偏应力值偏大引起的巷道底鼓及煤壁片帮等问题。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开提供一种煤层底板偏应力监测方法、系统及装置。

根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种煤层底板偏应力监测方法，所述煤层底板偏应力监测方法应用于煤层底板偏应力监测系统，所述系统包括：煤层底板模拟实验台、分布式光纤传感器、呈长方体形状的硅胶块、光频域分析仪和处理器，所述分布式光纤传感器按照预设的分布方式布设于所述硅胶块内部，所述硅胶块设置于所述煤层底板模拟实验台内部，所述煤层底板模拟实验台内部包含煤层底板相似模拟材料，所述硅胶块位于所述煤层底板相似模拟材料底部，所述分布式光纤传感器的输出端与所述光频域分析仪的输入端相连，所述分布式光纤传感器的输入端与所述光频域分析仪的输出端相连，所述光频域分析仪与所述处理器相连；所述方法包括：

在所述煤层底板模拟实验台内的煤层底板相似模拟材料被施加模拟矿井下煤层底板受到的偏应力的过程中，通过所述光频域分析仪的输出端向所述分布式光纤传感器的输入端发送输入光信号；

通过所述光频域分析仪的输入端接收所述分布式光纤传感器的输出端发送的输出光信号；

通过所述光频域分析仪根据所述输出光信号获取应变值；

通过所述处理器对所述应变值进行分析，根据预设的应变值分析策略，获取所述相似模拟材料受到的偏应力大小和偏应力方向。

可选的，所述分布式光纤传感器包括：第一分布式传感器、第二分布式传感器和第三分布式传感器，所述第一分布式传感器、第二分布式传感器和第三分布式传感器嵌入所述硅胶块内部，在所述硅胶块的任一横截面中形成顶角为120°的等腰三角形，所述通过所述光频域分析仪根据所述输出光信号获取应变值，包括：

根据所述第一分布式传感器的输出端发送的第一输出光信号，确定第一应变值；

根据所述第二分布式传感器的输出端发送的第二输出光信号，确定第二应变值；

根据所述第三分布式传感器的输出端发送的第三输出光信号，确定第三应变值。