[发明专利]基于分布式光纤传感的岩爆监测系统及数据采集处理方法

权利要求书

1.基于分布式光纤传感的岩爆监测系统，其特征在于，包括多根监测铠装光缆(2)、多通道宽频分布式光纤声波和应变传感调制解调系统(4)、实时数据记录、存储和处理计算机系统(5)，多根监测铠装光缆(2)沿正在开挖或掘进或已完工的隧道(1)的顶部和两侧支撑岩体或支护墙体上，或者在沿山体或矿体(6)的开挖或挖掘的工作面(7)上安装固定；多根监测铠装光缆(2)一端均与多通道宽频分布式光纤声波和应变传感调制解调系统(4)连接，多通道宽频分布式光纤声波和应变传感调制解调系统(4)与实时数据记录、存储和处理计算机系统(5)连接。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的岩爆监测系统，其特征在于，所述的监测铠装光缆(2)均为按照螺旋形绕制的铠装光缆。

3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的岩爆监测系统，其特征在于，多根所述的监测铠装光缆(2)与隧道(1)的延伸方向或工作面(7)的展布方向相平行。

4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的岩爆监测系统，其特征在于，相邻的监测铠装光缆(2)的间距不超过1米；每条监测铠装光缆(2)的长度覆盖整个隧道(1)的长度或整个工作面(7)的长度。

5.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的岩爆监测系统，其特征在于，所述的监测铠装光缆(2)用水泥或者卡钉固定，固定在隧道(1)顶部和两侧支撑岩体或支护墙体上，或者固定在工作面(7)上。

6.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的岩爆监测系统，其特征在于，所有监测铠装光缆(2)的另一端(尾端)设有消光装置。

7.根据权利要求6所述的基于分布式光纤传感的岩爆监测系统，其特征在于，所述的消光装置为在监测铠装光缆(2)的尾端安装的消光器，或者把光纤尾端部打结，用以消除光纤在该尾端点的强反射信号。

8.根据权利要求1到7任一项所述的基于分布式光纤传感的岩爆监测系统的数据采集处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：监测铠装光缆(2)在被监测的岩体上用水泥或者卡钉安装固定好并连接到多通道宽频分布式光纤声波和应变传感调制解调系统(4)，启动多通道宽频分布式光纤声波和应变传感调制解调系统(4)，连续测量记录每条监测铠装光缆(2)传到多通道宽频分布式光纤声波和应变传感调制解调系统(4)里面的背向散射瑞利光的相位变化信息；

S2：对每次测量记录的背向散射瑞利光的相位数据与前面记录的背向散射瑞利光的相位数据进行对比分析；

S3：当两次测量记录的背向散射瑞利光的相位数据在监测铠装光缆的某一位置上有差异或变化时，通过多通道宽频分布式光纤声波和应变传感调制解调系统(4)里面内置的相位数据处理软件，将此相位差异或变化数据转变为光纤的应变或位移数据，然后将监测铠装光缆(2)检测到的应变或位移数据传输到监测现场的实时数据记录、存储和处理计算机系统(5)上；

S4：实时数据记录、存储和处理计算机系统(5)收到从多通道宽频分布式光纤声波和应变传感调制解调系统(4)传输过来的每条监测铠装光缆(2)沿线的应变或位移数据后，经过实时计算和统计分析处理，将每条监测铠装光缆(2)上岩体应变或位移的数据按照其实际布设的位置投射到其监测的岩体平面展布图上；

S5：对每条监测铠装光缆(2)上岩体应变的数据求取时间的微分，获得每条监测铠装光缆(2)上岩体应变数据随时间的变化率，将每条监测铠装光缆(2)上岩体应变数据随时间的变化率数据按照其实际布设的位置投射到其监测的岩体平面展布图上；

S6：当被监测的岩体局部将发生岩爆前，受地下地应力在岩体局部或地段积累和集中的影响，被监测的岩体的局部或地段就会开始出现开裂或破损现象，从而诱发沿破例岩体或地段范围分布的微地震事件；此时沿监测岩体布设的监测铠装光缆(2)通过多通道宽频分布式光纤声波和应变传感调制解调系统(4)可以监测并记录下这些微地震事件的地震波信号，并且实时的把记录的微地震数据传输到监测现场的实时数据记录、存储和处理计算机系统(5)上；

S7：监测现场的实时数据记录、存储和处理计算机系统(5)内根据检测到的微地震事件信号到达分布在监测铠装光缆(2)上的检测点的纵波和横波走时的差异，每个检测点的坐标位置以及被监测岩体的纵波和横波速度，就可以通过反演计算出诱发微地震事件的岩体上具体破裂点的位置坐标和微地震事件发生的时间，通过记录到的微地震事件信号的幅度，还可以计算出岩体破裂的大小或其所诱发的微地震事件的能量；

S8：在监测现场的实时数据记录、存储和处理计算机系统(5)的屏幕上实时显示沿监测铠装光缆(2)监测线或监测面上岩体的应变、应变率、缓慢位移和微地震事件的分布位置及其能量大小等结果；

S9：根据监测铠装光缆(2)沿线被监测岩体局部出现的较大量级的应变、快速应变率、缓慢位移迭加的结果和微地震事件的相对集中分布位置及其能量逐渐增大的趋势，圈定可能发生岩爆的岩体局部位置或具体地段或区间，及时发出预警信息或预报，立即对岩体上可能发生的岩爆局部位置或具体地段提前进行处理或加固。