[发明专利]一种煤层底板偏应力监测方法、系统及装置

权利要求书

1.一种煤层底板偏应力监测方法，其特征在于，所述煤层底板偏应力监测方法应用于煤层底板偏应力监测系统，所述系统包括：煤层底板模拟实验台、分布式光纤传感器、呈长方体形状的硅胶块、光频域分析仪和处理器，所述分布式光纤传感器按照预设的分布方式布设于所述硅胶块内部，所述硅胶块设置于所述煤层底板模拟实验台内部，所述煤层底板模拟实验台内部包含煤层底板相似模拟材料，所述硅胶块位于所述煤层底板相似模拟材料底部，所述分布式光纤传感器的输出端与所述光频域分析仪的输入端相连，所述分布式光纤传感器的输入端与所述光频域分析仪的输出端相连，所述光频域分析仪与所述处理器相连；所述方法包括：

在所述煤层底板模拟实验台内的煤层底板相似模拟材料被施加模拟矿井下煤层底板受到的偏应力的过程中，通过所述光频域分析仪的输出端向所述分布式光纤传感器的输入端发送输入光信号；

通过所述光频域分析仪的输入端接收所述分布式光纤传感器的输出端发送的输出光信号；

通过所述光频域分析仪根据所述输出光信号获取应变值；

通过所述处理器对所述应变值进行分析，根据预设的应变值分析策略，获取所述相似模拟材料受到的偏应力大小和偏应力方向。

2.根据权利要求1所述的煤层底板偏应力监测方法，其特征在于，所述分布式光纤传感器包括：第一分布式传感器、第二分布式传感器和第三分布式传感器，所述第一分布式传感器、第二分布式传感器和第三分布式传感器嵌入所述硅胶块内部，在所述硅胶块的任一横截面中形成顶角为120°的等腰三角形，所述通过所述光频域分析仪根据所述输出光信号获取应变值，包括：

根据所述第一分布式传感器的输出端发送的第一输出光信号，确定第一应变值；

根据所述第二分布式传感器的输出端发送的第二输出光信号，确定第二应变值；

根据所述第三分布式传感器的输出端发送的第三输出光信号，确定第三应变值。

3.根据权利要求2所述的煤层底板偏应力监测方法，其特征在于，所述应变值分析策略包括：偏应力方向确定策略和偏应力大小确定策略，所述通过所述处理器对所述应变值进行分析，根据预设的应变值分析策略，获取所述相似模拟材料受到的偏应力大小和偏应力方向，包括：

根据所述第一应变值、第二应变值和第三应变值，通过所述偏应力方向确定策略，确定所述偏应力方向；

确定所述第一分布式传感器的第一敏感系数、第二分布式传感器的第二敏感系数和第三分布式传感器的第三敏感系数；

根据所述的第一敏感系数、第二敏感系数、第三敏感系数、第一应变值、第二应变值和第三应变值，通过所述偏应力大小确定策略，确定所述偏应力大小。

4.根据权利要求3所述的煤层底板偏应力监测方法，其特征在于，所述偏应力方向确定策略通过公式(1)表示，公式(1)为：

其中，θ为偏应力方向，ε₁为第一应变值，ε₂为第二应变值，ε₃为第三应变值。

5.根据权利要求3所述的煤层底板偏应力监测方法，其特征在于，所述偏应力大小确定策略通过公式(2)和公式(3)表示，公式(2)为：

其中，ε₁′为偏应变值，ε₁为第一应变值，ε₂为第二应变值，ε₃为第三应变值；

公式(3)为：

其中，P为偏应力大小，C₁为第一敏感系数，C₂为第二敏感系数，C₃为第三敏感系数。

6.一种煤层底板偏应力监测系统，其特征在于，所述系统包括：煤层底板模拟实验台、分布式光纤传感器、呈长方体形状的硅胶块、光频域分析仪和处理器，所述分布式光纤传感器按照预设的分布方式布设于所述硅胶块内部，所述硅胶块设置于所述煤层底板模拟实验台内部，所述煤层底板模拟实验台内部包含煤层底板相似模拟材料，所述硅胶块位于所述煤层底板相似模拟材料底部，所述分布式光纤传感器的输出端与所述光频域分析仪的输入端相连，所述分布式光纤传感器的输入端与所述光频域分析仪的输出端相连，所述光频域分析仪与所述处理器相连。