一、方案背景

我國煤炭儲量豐富，探明煤炭儲量超過 1.5萬億噸，位居世界前列。2022年我國能源消費總量是54.1億噸標準煤，其中煤炭消費量占能源消費總量的56.2%，2022年我國煤炭產量為44.96億噸，是世界上產煤量最大的國家。

然而煤炭資源的開采也引發了一系列問題，如采動引起的覆巖破壞變形可能導致支持系統失穩，對采礦工人的生命安全造成威脅；采空區上方覆巖的變形會造成地表的沉降變形，對采煤地區的環境造成產生重大影響，影響土地資源的利用；煤層采動覆巖變形可能導致堆積體滑塌，導致排水系統阻塞或遭到破壞；此外，煤層采動覆巖變形可能使瓦斯逸出管道斷開，最終造成瓦斯爆炸事故，對人員造成傷害。為了減少這些風險，需要對煤層采動覆巖變形進行持續監測，并及時采取有效措施。分布式光纖傳感技術具備可長距離監測、抗電磁干擾、耐腐蝕、高靈敏度、安裝方便等優點，可以全面實現煤礦安全監測，為瓦斯治理、礦壓防治、離層水害防治等提供保障。

隨著煤炭工業的不斷發展，煤炭開采的范圍也逐漸向縱深處發展，豎井井工的開采方式逐漸成為煤礦開采的重要方式，煤礦井筒屬于深長型永久型結構，其耐久性要求較高，同時由于地下水、地應力和有害化學物質等環境因素的影響，會導致井壁出現開裂受損等現象，進而對井壁結構承載力產生威脅，甚至可能導致立井結構直接出現失穩、坍塌等嚴重災害事故，嚴重威脅井下工作人員的生命安全，因此對井筒變形實時監測，對保障煤礦安全生產具有重要意義。

二、方案概述

1）采動覆巖分布式光纖監測

利用分布式光纖傳感技術可以在煤礦采區內實現實時連續監測，為使應變傳感光纜與覆巖更好地耦合，根據實際勘察的情況，在未開采的煤層上方圍巖處垂直向下打一鉆孔，采用鉆孔埋入法將光纜綁在PVC管上植入鉆孔中，在與通信光纜、法蘭連接后，引至大巷，采用精度更高的BOTDA模式，將光纜兩端均接入分布式光纖解調儀，隨著工作面的推進，開采工作逐漸靠近監測孔時，采區的影響圈也逐漸靠近監測孔，應變傳感光纜可以精準感知到在此過程中覆巖體的變形，并通過分布式光纖解調儀將數據展現給用戶。根據傳感光纜的拉應變分布及應變量的大小可以分析圍巖松動圈的范圍，根據其應變狀態及其變化，再結合地層的分布特征，可以分析出地層變形狀態并能夠對采動過程中的離層變形進行監測和分析。根據監測及分析所得到的數據，用戶可以針對性的優化改進采煤和支護措施，同時及時補救采動帶來的安全風險。

2）煤礦井筒分布式光纖監測

起初，研究人員對煤礦井筒的變形監測主要是通過布設光纖光柵傳感器的方式，取得了一定的研究成果，但是由于光纖光柵傳感器屬于準分布式的傳感器，雖然比傳統點式傳感器的效果有所改善，但是在井筒長距離、大范圍的監測優勢不大。我司的分布式光纖監測方案在大范圍、長距離的監測中優勢明顯，通過在井壁豎向和環向布設應變傳感光纜，可以實時監測井壁應力變形情況，監測數據實時傳輸到監測站中的分布式光纖解調儀中，可以幫助用戶及時發現安全風險，使得采煤作業更加安全可靠。

三、監測方案示意圖

采動覆巖分布式光纖監測方法示意圖

井筒變形監測分布式光纖布設示意圖

四、方案功能特點

1）耐水性、電絕緣好、耐腐蝕，抗電磁干擾；

2）通信容量大、速度快、靈敏度高，可遠距測量；

3）分布式光纖解調儀的監測距離長，超過60km，可以根據用戶的需求進行選擇，設定的空間分辨率在整個距離范圍內保持不變，光學預算高，光纖安裝余地大；

4）監測系統連續有效性高，可提供大壩完整性危害的實時信息；

5）專有的監測軟件確保對檢測到的事件進行智能分析，建立有效的通信預警，并最小化誤報。

五、主要監測設備

1）長距離分布式光纖解調儀DITEST

2）應變傳感光纜SMC

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