1、FBG傳感技術(shù)在礦山地壓監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用傳感技術(shù)在礦山地壓監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用余樂(lè)文（北京礦冶研究總院，北京100070）摘要摘要：在光纖Bragg光柵傳感原理理論分析的基礎(chǔ)上，提出基于FBG的地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在承德銅興礦業(yè)有限責(zé)任公司建立地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖體的位移和壓力變化。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，F(xiàn)BG傳感技術(shù)可有效監(jiān)測(cè)巖體位移和壓力變化，驗(yàn)證了該技術(shù)的可靠性和可行性，為礦山地壓監(jiān)測(cè)提供新方法。關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：光纖bragg光柵，地壓監(jiān)測(cè)，位移，壓力

2、中圖分類(lèi)號(hào)中圖分類(lèi)號(hào)：TN247TP212文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AApplicationofFBGSensingTechnologyinMineGroundPressureMonitingYULewen(BeijingGeneralResearchInstituteofMiningMetallurgyBeijing100070China)Abstract:Onthebasisofthetheeticalanalysisoffiberbr

3、agggratingsensingtechnologythegroundpressuremonitingsystembasingonfiberbragggratingisproposed.ThesystemisestablishedinChengDeTongXingCo.Ltdfmonitingthechangesofthedisplacementpressure.TheresultsshowthattheFBGsensingtechn

4、ologycanmonitthechangesofthedisplacementpressureeffectivelywhichverifythereliabilityfeasibilityoftheFBGsensingtechnologyprovideanewmethodfgroundpressuremoniting.Keywds:fiberbragggratinggroundpressuremonitingdisplacementp

5、ressure0引言引言光纖傳感技術(shù)是20世紀(jì)70年代伴隨光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的新型傳感技術(shù)，該技術(shù)具有“傳”、“感”合一的特點(diǎn)[1]，代表新一代傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，并以光波為載體，光纖為媒質(zhì)，感知和傳輸外界被測(cè)量信號(hào)的新型傳感技術(shù)。光纖傳感技術(shù)具有可靠性好、抗電磁干擾能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、靈敏度和測(cè)試精度高、體積小、質(zhì)量輕、耐久性強(qiáng)及可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，BOTDR、BOTDA等新技術(shù)可進(jìn)行分布式測(cè)量，在航空航天、船舶

6、、電力、橋梁、堤壩、邊坡和隧道等工程結(jié)構(gòu)及巖土工程的監(jiān)測(cè)與診斷中獲得廣泛研究與應(yīng)用[26]。我國(guó)對(duì)光纖傳感技術(shù)的研究相對(duì)國(guó)外晚一些，尤其在金屬礦山中的安全監(jiān)測(cè)手段以傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法為主，還鮮見(jiàn)FBG在地壓監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例。文中采用FBG傳感技術(shù)對(duì)承德銅興礦業(yè)公司南六號(hào)空區(qū)下三中段41線附近巷道進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)巷道當(dāng)前的位移、壓力變化和長(zhǎng)期使用的可靠性及安全程度，為礦山安全運(yùn)營(yíng)提供可靠監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提升礦山安全監(jiān)測(cè)的整體水平，并在礦山安全管理方

7、面發(fā)揮重要的作用。1工作原理工作原理光纖Bragg光柵傳感技術(shù)是通過(guò)對(duì)在光纖內(nèi)部寫(xiě)入的光柵反射或透射Bragg波長(zhǎng)光譜的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度量值的絕對(duì)測(cè)量，其傳感原理如圖1所示。而光纖Bragg光柵的反射或透射波長(zhǎng)光譜主要取決于光柵周期Λ和反向耦合模的有效折射率國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：2008AA062101）；北京礦冶研究總院院科研基金項(xiàng)目（編號(hào)：YJ200811）。余樂(lè)文：（1984），男，助理

8、工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)，主要從事礦山自動(dòng)化儀器儀表研發(fā)。(1)工程概況承德銅興礦業(yè)有限責(zé)任公司光纖光柵地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布設(shè)于南六號(hào)空區(qū)下三中段41線附近，目的是監(jiān)測(cè)該區(qū)域空區(qū)穩(wěn)定性。41線臨近空區(qū)巷道頂板出現(xiàn)裂縫，裂縫的長(zhǎng)度大約有10米，開(kāi)口最大的達(dá)4cm，裂縫距離空區(qū)最近的距離大約只有3m，巷道有垮塌的危險(xiǎn)。因此，在頂板裂縫處布置光纖光柵位移傳感器，用于監(jiān)測(cè)裂縫位移變化，判斷巖體的穩(wěn)定性和安全性；同時(shí)安裝光纖光柵壓力計(jì)，監(jiān)測(cè)巷道周?chē)鷫?/p>

9、力分布情況，分析巷道巖體應(yīng)變分布情況，如圖3所示。圖3工程概況Fig.3Theengineeringsituation(2)光纖傳感系統(tǒng)承德銅興礦業(yè)有限責(zé)任公司光纖光柵地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由光纖光柵傳感器、光纖光柵解調(diào)儀、工控機(jī)、光纖、光纖跳線、傳輸光纜、系統(tǒng)軟件等部分組成。其中光纖光柵解調(diào)儀采用美國(guó)MicronOptics公司生產(chǎn)的SM130，如圖4所示；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用光纖光柵位移傳感器、壓力傳感器監(jiān)測(cè)空區(qū)穩(wěn)定性，如圖5所示。圖4SM130

10、解調(diào)儀Fig.4TheSM130demodulationinstrument(a)光纖位移傳感器(b)光纖壓力傳感器圖5FBG傳感器(a)Opticalfiberdisplacementsens(b)OpticalfiberpressuresensFig.5Fiberbragggratingsens(3)傳感器安裝光纖光柵傳感器安裝方式如圖6所示。光纖位移傳感器安裝在裂縫的兩側(cè)，用不銹鋼桿固定，首先在巷道頂板裂縫兩側(cè)鉆兩個(gè)孔，安裝過(guò)程中