基于BOTDR的导水裂缝带高度探测技术研究

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导水裂缝带是垮落带与裂缝带的总称,是评价水体下采煤留设防水煤岩柱安全度和合理性的重要技术参数。随着水体下煤层开采的大幅度增加,为保证矿井安全生产和解放水下压煤,准确探测导水裂缝带的高度具有重要意义。本文将BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer,布里渊光时域反射计)分布式光纤传感技术应用于导水裂缝带高度的探测,并围绕现场探测结果,进行了一系列对比分析,取得了以下成果:(1)设计了导水裂缝带高度探测的分布式光纤监测方案。首次将光缆埋设到煤层上覆岩体内部,实现了对覆岩变形和破坏的动态分布式监测。根据传感光缆的应变分布及动态变化,分析得出了垮落带发育高度约为13m,裂缝带的发育高度约为38m。(2)以传感光缆实测的应变分布作为数值模拟反分析的依据,提出了采用锚元应变分布对比法与岩体应变分布对比法得到合理的数值模拟参数;通过数值模拟,根据覆岩塑性区的范围,确定了导水裂缝带的发育高度。(3)经过对比分析可知,由数值模拟及经验公式计算获得的垮落带与裂缝带高度,与传感光缆实测的"两带"高度基本相符,说明了 BOTDR分布式光纤传感技术可以对导水裂缝带高度进行准确的探测,而且随着工作面的推进,能够监测覆岩渐进变形破坏发展的全过程。本次研究成果为水体下采煤导水裂缝探测提供了一种新方法。
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