光纤光栅传感器在冻结立井施工监测中的应用 .pdfVIP

学兔兔 201 1年第1 1期 煤 炭 工 程 (下转第127页) 光纤光栅传感器在冻结立井施工监测中的应用 张 鹏，乔 熙，胡琛琛，刘 阳 (中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州 221008) 摘 要：立井的安全在矿井建设中尤为重要，因此对其进行安全性监测必不可少。采用光纤 光栅传感器对内蒙古鄂尔多斯冻结井筒进行了监测，监测内容包括井壁钢筋轴力、混凝土应变和 井壁温度，在实际监测过程中充分体现了光纤光栅传感器具有的高精度测量、分布式测量的优 点。最后对监测结果进行了分析，得出了一些有用的结论，表明利用光纤光栅传感器监测冻结井 筒具有很好的效果。 关键词：光纤光栅传感器；安全监测；冻结井筒；监测系统 中图分类号：TH82 文献标识码：B 文章编号：1671—0959(2Ol1)11-0125-03 在矿建过程中，对立井的安全性监测尤为重要。通过 量，即可获得相应的应变和周围的温度大小，这就使得 监测钢筋混凝土井壁的钢筋应力、混凝土的应变及冻结井 FBG可以作为传感器光纤布拉格光栅中心波长位移可写 壁的温度，了解井壁应力和应变的变化情况，对井壁的安 成 ]： 全稳定性做出准确的判定，以采取相应措施达到事先防治 旦：( ，+ )△71+(1一Pe)A (2) 井壁破裂的目的。 A 6 长期的岩土工程研究实践表明，岩土力学参数测试和 式中 △A ——应力和温度变化引起的反射波长的改变； 岩土工程监测具有长时效性、环境复杂、监测对象受时空 △s——应变的变化； 限制、施工环境制约等特点。传统的传感器，如钢弦式、 △卜 温度的变化量； 电阻应变计式和电感式传感器等，普遍存在抗干扰性、耐 P ——光纤材料的弹光系数； — — 光纤的热光系数； 久性和长期稳定性等较差的缺点，难以适应现代工程监测 的要求…。光纤布拉格光栅(FBG)传感器稳定性好、耐腐 ，— — 光纤的热膨胀系数。 蚀、抗电磁干扰、准分布测量、体积小、重量轻、结构简 2 光纤光栅监测系统 单和精度高等优点，光纤系统具有很好的环境适应性和测 试稳定性 l3 J，文章采用光纤光栅监测技术对冻结井壁的钢 2．1 工程概况 筋应力、混凝土应变和井壁温度进行了实时监测。 井筒设计净直径10．0m，最大掘进荒径12．9m，冻结深 度525m。井筒地表被第四系风积砂覆盖，根据井田勘探报 1 光纤光栅传感器原理 告资料及井筒检查钻孔揭露资料，井田内地层自下而上有： Bragg光栅实际上是在光波导的传光介质中，嵌入一段 三叠系上统延长组(T3y)、侏罗系中统延安组(J2y)、安定 折射率沿轴向周期变化的光栅，该光栅使正向传播的波长 组(J2a)、直罗组(J2z)、白垩系下统志丹群(K1zh)及第四 与光栅周期大小相当的导模耦合到反向传播的导模，实现 系(Q)。井筒周围岩体主要由砂质泥岩、中、细粒砂岩， 反射滤波。光纤布拉格光栅传感器中利用的光纤光栅是沿 次为粉砂岩，偶见粗粒砂岩及泥岩构成。井筒砂土层较厚， 光纤轴向折射率周期变化的一种光栅 J。根据藕合模理 涌水量很大，砂层松散，工程地质条件