本文選題：光纖光柵　切入點：煤與瓦斯突出　出處：《山東大學》2017年碩士論文

【摘要】：煤與瓦斯突出是一種嚴重的煤礦動力災害。近年來,隨著煤礦開采強度和深度的不斷增加,礦井地質條件更加復雜,煤與瓦斯突出問題愈加嚴峻。現(xiàn)階段,煤與瓦斯突出災害尚未得到有效遏制,其根本原因在于缺乏揭示災害定量演化過程、發(fā)生機理及發(fā)生條件的有效手段。由于煤與瓦斯突出災害發(fā)生于瞬間,災害演化過程現(xiàn)場數(shù)據(jù)難以獲得,數(shù)值模擬仿真方法難以模擬如此復雜的災害發(fā)生條件,地質力學模擬試驗成為研究典型條件下煤與瓦斯突出災害的有效手段。目前煤礦安全監(jiān)測中以傳統(tǒng)電子、機械方式為主,測量參數(shù)單一,且系統(tǒng)響應頻率低,難以實現(xiàn)實時監(jiān)測;電類傳感器體積大、受易電磁干擾,且容易產(chǎn)生電火花,影響煤礦安全。本文針對煤與瓦斯突出地質力學模型試驗的特殊需求,研制開發(fā)了專用的傳感器與監(jiān)測系統(tǒng)。從光纖光柵傳感原理出發(fā),充分考慮傳感器體積、材料、結構形式與被測環(huán)境的匹配問題,借助有限元仿真方法,研制了專用的微型光纖光柵傳感器。主要研制了基于金屬膜片的微型光纖光柵土壓力傳感器。試驗表明該傳感器線性度好、穩(wěn)定性高。在此基礎上,對厚度不同的承壓金屬膜片進行詳細分析,對金屬膜片進行改進,研制了微型光纖光柵氣壓傳感器。同時研制了以模型試驗材料為載體的光纖光柵應變塊,并開發(fā)了微型光纖光柵溫度傳感器。在此基礎上,構建了適用于煤與瓦斯突出災害監(jiān)測的多參數(shù)實時監(jiān)測系統(tǒng)。同時,系統(tǒng)地分析了監(jiān)測系統(tǒng)軟件需求,開發(fā)了適用于煤與瓦斯突出災害監(jiān)測的軟件系統(tǒng),基于客戶端/服務器模式(C/S),采用Microsoft Visual C++環(huán)境編寫了系統(tǒng)軟件,主要包括配置管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)曲線圖顯示、歷史查詢等模塊。最后將研制的煤與瓦斯突出災害多參數(shù)實時監(jiān)測系統(tǒng)應用于地質力學模型試驗,實現(xiàn)了模型模擬加載地應力和充填氣體過程中土壓力、氣壓、應變、溫度等參數(shù)的實時監(jiān)測,并對數(shù)據(jù)變化趨勢進行了分析,為后期開挖試驗提供了數(shù)據(jù)支撐。
[Abstract]:Coal and gas outburst is a serious power disaster in coal mine. In recent years, with the increasing of mining intensity and depth, the geological conditions of coal mine become more complicated, and the problem of coal and gas outburst becomes more serious. Coal and gas outburst disasters have not been effectively contained, the fundamental reason lies in the lack of effective means to reveal the quantitative evolution process, occurrence mechanism and occurrence conditions of the disasters, because the coal and gas outburst disasters occur in an instant. The field data of disaster evolution process is difficult to obtain, and the numerical simulation method is difficult to simulate the occurrence conditions of such a complex disaster. The geomechanical simulation test has become an effective means to study coal and gas outburst disasters under typical conditions. At present, the traditional electronic and mechanical methods are the main means of coal mine safety monitoring, the measurement parameters are single, and the system response frequency is low. It is difficult to realize the real-time monitoring, the electric sensors are large in volume, easy to be interfered by electromagnetic, and easy to produce electric sparks, which will affect the safety of coal mines. This paper aims at the special requirements of the geological mechanics model test of coal and gas outburst. A special sensor and monitoring system is developed. Based on the principle of fiber Bragg grating sensing, the matching problems of sensor volume, material, structure form and measured environment are fully considered, and the finite element simulation method is used. A special micro fiber Bragg grating (FBG) sensor is developed. A micro FBG earth pressure sensor based on metal diaphragm is developed. The experimental results show that the sensor has good linearity and high stability. The pressure bearing metal diaphragm with different thickness is analyzed in detail, the metal diaphragm is improved, the micro fiber grating pressure sensor is developed, and the fiber Bragg grating strain block based on the model test material is developed. On the basis of this, a multi-parameter real-time monitoring system for monitoring coal and gas outburst disaster is constructed. At the same time, the software requirement of the monitoring system is analyzed systematically. A software system suitable for monitoring coal and gas outburst disaster is developed. Based on client / server mode C / S, the system software is compiled with Microsoft Visual C environment, including configuration management, data acquisition, data processing and data graph display. Finally, the multi-parameter real-time monitoring system for coal and gas outburst disaster is applied to the geomechanical model test. The model simulates the earth pressure, pressure and strain in the process of loading the earth stress and filling the gas, and realizes the simulation of the earth pressure, air pressure and strain in the process of loading the earth stress and filling the gas. The temperature and other parameters are monitored in real time, and the trend of data change is analyzed, which provides the data support for the later excavation test.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP212;TP274

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本文編號：1694077