【摘 要】
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煤矿地质灾害的发生会对煤矿的安全生产和生产人员的生命财产安全带来极大的威胁,所以对煤矿地质灾害的预测显得格外重要。煤矿地质灾害的发生往往伴随着该地质区域应变数据的突变,而矿区范围内在地质勘探时期遗留的地勘钻孔数量众多且大多位于地下几百米至几千米深的煤层之中,通过获取钻孔内的应变数据,来对可能出现的地质灾害提供数据支持。而针对煤矿地勘钻孔应变数据的监测,传统的电类传感器由于其测量稳定性差、传输距离短
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煤矿地质灾害的发生会对煤矿的安全生产和生产人员的生命财产安全带来极大的威胁,所以对煤矿地质灾害的预测显得格外重要。煤矿地质灾害的发生往往伴随着该地质区域应变数据的突变,而矿区范围内在地质勘探时期遗留的地勘钻孔数量众多且大多位于地下几百米至几千米深的煤层之中,通过获取钻孔内的应变数据,来对可能出现的地质灾害提供数据支持。而针对煤矿地勘钻孔应变数据的监测,传统的电类传感器由于其测量稳定性差、传输距离短、测量精度差等问题,不能很好地适应煤矿地勘钻孔环境。而光纤光栅传感技术因为其自身的诸多优势,近些年来的不断创新发展为解决该问题提供了新的方向和思路。本文在上述背景下,通过研究FBG传感技术的基本原理,以及地勘钻孔应变监测的需求,设计了一种应用于地勘钻孔环境的埋入式FBG应变传感器,该应变传感器采用双光栅的温度补偿方法,并在管式封装的基础上加装了限位环。双光栅补偿法不仅实现了对应变的温度补偿问题,还可以测量温度参数,实现了应变和温度的双参数测量,而限位环的加装则使得传感器可以与混凝土更好的协同变形,提高了传感器的应变传递效率。然后基于光纤光栅传感器开发了地勘钻孔应变监测系统,并对系统各个模块的硬件电路设计、通讯协议、软件设计做了详细介绍。此系统的数据信息采集任务由FBG传感器和FBG传感分析仪完成,利用LoRa无线通讯技术完成系统较远距离的数据传输任务,考虑到野外环境下地勘钻孔测量的供电问题,采用太阳能板连接蓄电池的供电方式来对系统的采集节点供电,并由太阳能光伏控制器对供电模块进行控制和优化,而由Lab VIEW软件和MySQL数据库设计的上位机将对钻孔的监测数据进行实时显示和越限报警。最后测试结果表明研制的FBG应变传感器具有良好的应变传感特性,具有温度自补偿功能,采集节点和系统上位机软件功能全面。该系统的开发为煤矿地勘钻孔的功能扩展和长效化利用打下了基础,并对煤矿地质灾害的监测和预测具有重要的理论价值和工程意义。图[62]表[10]参[66]
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