[发明专利]一种光纤嵌入式柔性杆体感测巷道围岩变形的方法及系统

权利要求书

1.一种光纤嵌入式柔性杆体感测巷道围岩变形的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一：在光纤上间隔一定距离均匀刻栅，设计光栅植入式应变传感器、光栅植入式温度补偿传感器，构造应变感测光纤；

步骤二：将应变感测光纤用复合材料进行紧密包裹，使两者形态相互适配，构造光纤嵌入式柔性杆体；

步骤三：采用立体“Z”字形布设方式将磁性圆环均匀固定在锚杆、钢带和锚网支护体上，将光纤嵌入式柔性杆体穿过磁性圆环并与围岩紧密贴合，形成多维立体光纤布置工艺；

步骤四：将应变感测光纤与复合调制解调仪器、井下分站、本安电源、交换机和地面监测系统连接，构建围岩变形实时监测系统；

步骤五：将监测得到的应变变形量与定点数据校正后，通过平面几何关系、积分运算转换为光纤的轴向拉伸变形，监测数据通过井下环网传输至地面监测系统，计算得到失稳危险系数S、日变形量T_d、变形速率V；

步骤六：采用失稳危险系数S、日变形量T_d、变形速率V、日变形量临界值T_l、变形速率临界值V_l综合判定围岩状态及预警等级；

失稳危险系数S∈[1，∞)或日变形量T_d∈[T_l，∞)或变形速率V∈[V_l，∞)时，判定围岩处于失稳状态并发出“红色预警”；

失稳危险系数S∈[0.8，1)或日变形量T_d∈[0.8T_l，T_l)或变形速率V∈[0.8V_l，V_l)时，判定围岩处于临界失稳状态并发出“橙色预警”；

失稳危险系数S∈(0，0.8)或日变形量T_d∈(0，0.8T_l)或变形速率V∈(0，0.8V_l)时，判定围岩处于稳定状态并发出“蓝色预警”。

2.根据权利要求1所述的一种光纤嵌入式柔性杆体感测巷道围岩变形的方法，其特征在于：所述步骤一中，光纤刻栅指：在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线密度为10～100线/毫米；

光纤植入式传感器指：采用光栅叠栅条纹原理测量位移的传感器，通过结构温度补偿消除光栅温度漂移的传感器；

应变感测光纤指：利用光栅植入式应变传感器作为传感元件，光纤发生变形时传输的光的强度、相位、频率或偏振态特性发生变化，再通过被调制过的信号进行解调，得出被测信号。

3.根据权利要求1所述的一种光纤嵌入式柔性杆体感测巷道围岩变形的方法，其特征在于：所述步骤二中，复合材料指：聚酰亚胺材料；

光纤嵌入式柔性杆体指：由复合材料与应变感测光纤共同组成的结构，复合材料涂覆在应变感测光纤表面，使光纤具有良好重复性与线性度的同时，还能够使两者具有一致的形态。

4.根据权利要求1所述的一种光纤嵌入式柔性杆体感测巷道围岩变形的方法，其特征在于：所述步骤三中，立体“Z”字形布设指：应变感测光纤对沿线任意点空间连续测量，采用立体“Z”字形布设将顶板和巷帮串联为一体；

磁性圆环指：钕铁硼磁铁，保证与支护体固定的同时，光纤穿过圆环又不影响通过性，保证光纤不被拉断。

5.根据权利要求1所述的一种光纤嵌入式柔性杆体感测巷道围岩变形的方法，其特征在于：所述步骤四中，复合调制解调仪器指：光纤光栅监测系统，实现光纤光栅传感器信号解调和传感数据采集；

井下分站指：接收井下传感器信号参数，并能够通过工业以太网快速向地面的系统中心站传送信号参数的装置；

本安电源指：用于提供解调仪设备所需电源的装置；

交换机指：安装在煤矿井下，用来使井下连接到交换机的设备与地面进行数据交换和设备管理，实现数据获取和控制管理工作的装置；

地面监测系统指：用于监测数据存储、计算、分析及预警发布的软件平台。