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采场覆岩的光纤光栅检测研究

作　者: 崔晨
导　师: 柴敬
学　校: 西安科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 矿山相似模型 光纤Bragg光栅传感器 岩层变形 上覆岩层
分类号: TD325.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 42次
引　用: 1次
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内容摘要


采场中矿压显现的根源是采动引起的上覆岩层的移动,由于上覆岩层的构造区别,使得上覆岩层的移动存在多种多样的规律。近年来,随着煤炭消耗量的增大,我国新建煤矿增多,其上覆岩层更加多样化,伴随着矿山压力相关的重大灾害逐渐增多,所以应更加重视上覆岩层移动机理的研究。对采场上覆岩层规律研究方法一般有:数学力学分析方法、数值分析方法、相似材料模型分析方法等。本文以相似材料模型的研究方法为主,以两种覆岩移动情况:覆岩为硬岩的条件、覆岩为周期垮落的条件,制作了三个模型:模型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ并进行实验。模型检测中以光纤Bragg光栅方法为主,该方法使用光纤Bragg光栅传感器,埋设于模型岩层中。当岩层移动变形时会带动传感器变化,而得到传感器的波长漂移量,且光纤Bragg光栅波长漂移量因岩层性质不同,其规律特征也具有一定区别,由此以传感器波长漂移量变化规律可分析岩层的移动特征。在模型Ⅲ中埋设的光纤Bragg光栅传感器有两种,以封装材料区分为不锈钢封装和醋酸乙烯塑料封装。取有代表性的一组检测数据分析两种传感器的检测效果:当传感器的封装材料具有较大的弹性模量,则传感器受到作用力后的变形量较小,其在相似模型这样的塑性材料中的检测效果较差。为研制适用于矿山相似模型的光纤Bragg光栅传感器提供参考依据。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-16
  1.1 选题背景与研究意义  7-8
    1.1.1 选题背景  7-8
    1.1.2 研究意义  8
  1.2 相似材料模型实验的国内外研究现状  8-11
    1.2.1 相似材料模拟实验国内外发展概况  8-9
    1.2.2 矿山相似材料模拟实验检测方法  9-11
  1.3 光纤Bragg 光栅传感技术的国内外发展现状  11-15
    1.3.1 光纤Bragg 光栅传感技术简介  11-12
    1.3.2 光纤Bragg 光栅传感技术在矿山相似模拟实验中的应用  12-15
  1.4 论文研究的内容与方法  15-16
    1.4.1 研究内容  15
    1.4.2 研究方法  15-16
2 矿山采场上覆岩层移动规律  16-26
  2.1 矿山回采引起的岩层移动  16-19
    2.1.1 上覆岩层移动规律  16-17
    2.1.2 岩层移动及分区  17-18
    2.1.3 岩层移动的形式  18-19
  2.2 半无限开采时采动覆岩内部点的下沉分析  19-22
  2.3 矿山采场上覆岩层拱形理论简述  22-24
  2.4 矿山采场上覆岩层梁式理论简述  24-25
  2.5 本章小结  25-26
3 光纤Bragg 光栅测试理论  26-35
  3.1 光纤Bragg 光栅理论分析  26-30
    3.1.1 光纤光栅受均布轴向载荷分析  26-28
    3.1.2 光纤光栅受均布横向载荷分析  28-29
    3.1.3 光纤光栅温度传感原理  29
    3.1.4 不受力光纤光栅温度补偿分析  29-30
  3.2 光纤Bragg 光栅传感器应变传递基本原理  30-32
  3.3 两种封装材料的光纤Bragg 光栅传感器简介  32-34
    3.3.1 不锈钢封装光纤Bragg 光栅传感器  32-33
    3.3.2 醋酸乙烯塑料封装的光纤Bragg 光栅传感器  33-34
  3.4 本章小结  34-35
4 矿山相似模型光纤Bragg 光栅检测实验  35-45
  4.1 矿山相似模型实验概述  35-39
    4.1.1 实验目的  35
    4.1.2 实验条件  35-39
  4.3 实验过程描述  39-44
    4.3.1 模型Ⅰ开挖过程  39-41
    4.3.2 模型Ⅱ开挖过程  41-42
    4.3.3 模型Ⅲ开挖过程  42-44
  4.4 本章小结  44-45
5 不同上覆岩层变形移动的检测分析  45-65
  5.1 坚硬顶板条件下模拟实验  45-49
    5.1.1 岩层移动过程及特征  45-46
    5.1.2 光纤Bragg 光栅传感器波长漂移量变化规律  46-49
    5.1.3 实验结论  49
  5.2 周期垮落顶板条件下模拟实验  49-61
    5.2.1 岩层移动过程及特征  49-52
    5.2.2 光纤Bragg 光栅传感器波长漂移量变化规律  52-60
    5.2.3 实验结论  60-61
  5.3 两种传感器的实验检测分析  61-64
  5.5 本章小结  64-65
6 结论  65-66
  6.1 结论  65
  6.2 展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-71
附录  71

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山压力与支护 > 矿山压力与岩层移动 > 岩层移动 > 岩层与地表移动的监测与控制
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