[实用新型]倾斜煤层相似模拟实验分布式光纤传感监测装置

说明书

本实用新型涉及岩土工程领域，尤其涉及一种倾斜煤层相似模拟实验分布式光纤传感监测装置。该装置包括模型系统、监测设备系统和数据采集系统，模型系统包括模型架、底座，模型架的底角和与底角相对的顶角分别连接有手拉倒链，底座上设置有转轴，模型架可在手拉倒链的作用下以转轴为轴旋转，使得模型架倾斜，模型架内部铺设有煤层相似材料。本实用新型通过转轴和手拉倒链的设置使得模型架倾斜，煤层相似材料在模型架倾斜状态下铺设，风干后放平模型架，即可得到倾斜煤层物理模型，有助于实现采用相似模拟实验对倾斜煤层进行研究，同时将监测设备系统设置在煤层相似材料中，有助于对倾斜煤层内部应力应变等数据的实时监测，监测结果准确可靠。

技术领域

本实用新型涉及岩土工程领域，尤其涉及一种倾斜煤层相似模拟实验分布式光纤传感监测装置。

背景技术

物理相似模拟实验作为一种采矿工程领域常用的实验方法，具有诸多优点，譬如：相似性高。按照一定的相似配比制作的模型具有较高的仿真度，可在一定程度上对矿山开采岩层的破坏移动进行模拟；模型建立简单，成本低；实验周期短，技术成熟等。物理相似模拟实验最大短板是监测手段落后，对于平面模型，常用的监测手段有全站仪定点监测、百分表监测、压力传感器监测等，该类监测方法只能监测模型表面应变，对模型内部形变无法监测。全站仪监测位移的最小单位为1毫米，测量效率和精度不高，且对于模型产生的微变形无法监测；百分表易受外界环境影响，测量结果可靠性差。

光纤传感器与传统监测手段相比具有许多优点，如质量轻、体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰、成本低、可进行实时监测等。基于布里渊散射的光纤测量基本原理是当光纤在轴向应变或者温度发生变化时，光纤中的背向布里渊散射光频率相对于注入脉冲光频率将发生漂移，漂移量与光纤所受轴向应变或温度变化呈良好的线性关系。分布式光纤传感器(BOTDA)是基于测量光波在光纤中传播时产生的散射光原理的一种传感方式，可实现对一个面上应力、应变进行实时监测。

分布式光纤传感监测法被广泛的运用于隧道、边坡、地下硐室、巷道等岩土工程领域，其技术已逐步成熟。分布式光纤传感监测应用于物理相似模拟实验已取得大量研究成果，无论研究方法、设备都在不断更新进步。目前，将分布式光纤传感监测法应用于倾斜煤层物理模型则较为少见，多应用于近水平煤层开采模型垮落的应变监测。因此需要提出一种可实现倾斜煤层物理相似模拟实验的分布式光纤传感监测装置。

实用新型内容

本实用新型针对现有物理相似模拟实验监测技术中存在的不足，提出一种可操作性强及成本较低的基于倾斜煤层物理相似模拟实验的分布式光纤传感监测装置，借助该装置可实现对实验现象的科学监测，提升实验结果的可靠性。

本实用新型采用以下技术方案：

倾斜煤层相似模拟实验分布式光纤传感监测装置，包括模型系统、监测设备系统和数据采集系统，其中：

模型系统包括模型架、用于支撑模型架的底座，模型架的底角和与底角相对的顶角分别连接有手拉倒链，底座上设置有转轴，转轴与模型架的底角连接，模型架可在手拉倒链的作用下以转轴为轴旋转，使得模型架倾斜，模型架内部铺设有煤层相似材料；

监测设备系统设置在煤层相似材料中，并与数据采集系统连接，监测设备系统监测到的煤层相似材料的数据信息通过数据采集系统采集并显示。

进一步的，模型架的倾斜角度与模拟倾斜煤层的角度一致。

进一步的，模型架包括前后左右侧板和底板，前后侧板为透明玻璃钢板，左右侧板为防护槽钢。

进一步的，监测设备系统包括铺设在煤层相似材料中的分布式光纤，光纤的头尾两端通过模型架上的预留小孔导出。

进一步的，分布式光纤铺设位置与煤层平行。

进一步的，数据采集系统包括分布式光纤应力应变分析仪，用于监测并保存岩层应力应变数据，分布式光纤通过预留小孔导出并与分布式光纤应力应变分析仪连接。