基于DOFS的矿山隐蔽致灾多因素智能感知现状与分析
史伟鹏1
张平松2
孙斌杨3
魏广庆4
1.安徽理工大学 地球与环境学院,安徽 淮南 2320012.安徽理工大学 地球与环境学院,安徽 淮南 232001;安徽理工大学 深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室,安徽 淮南 2320013.安徽理工大学 地球与环境学院,安徽 淮南 232001;安徽理工大学 深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室,安徽 淮南 232001;安徽理工大学 矿山地质灾害防治安徽省重点实验室,安徽 淮南 2320014.南京大学(苏州) 高新技术研究院,江苏 苏州 215123
摘要：煤炭是我国能源安全的"压舱石",而隐蔽致灾因素和深部环境"三高一低"问题威胁着煤矿安全、高效与绿色开采.目前,矿山隐蔽致灾因素的探测主要依赖地质调查、钻探及物探方法,但这些方法存在数据获取有限、成本高昂以及覆盖范围较窄等问题.分布式光纤感知技术(DOFS)凭借其分布式感知、长距离覆盖、高精度测量及抗电磁干扰等优势,能够实时监测应力、温度、渗流及振动等多场参数,从而显著提升了隐蔽致灾因素的探测能力.系统梳理了DOFS在矿山隐蔽致灾监测中的核心技术及其参数指标,包括光纤布拉格光栅(FBG)、光时域反射计(OTDR)、光频域反射计(OFDR)、布里渊光时域反射(BOTDR)、布里渊光时域分析(BOTDA)、布里渊光频域分析(BOFDA)、拉曼光时域反射(ROTDR)、拉曼光频域反射(ROFDR)以及分布式声波传感(DAS)等.从监测能力、适用场景及选型标准等多角度对上述技术进行对比分析,并结合典型工程案例,探讨了DOFS在煤矿围岩稳定性分析、支护结构健康监测、瓦斯灾害预警、巷道温度场演化及带式输送机状态评估等方面的应用优势.针对DOFS技术在多场数据精准获取、海量数据智能解译、感知数据有效表征以及多手段联合监测等方面的现状进行了分析,并提出优化方案,包括厘清光纤感知数据与致灾成因的反馈机制、优化多源多场耦合系统构建、建立基于时空大数据挖掘的灾害演化模型,以及推进智能监测与实时预警系统建设.基于"实体空间、感知空间、决策空间"三层架构,提出了矿山隐蔽致灾监测与预警体系的概念模型,并结合DOFS与人工智能技术,实现智能匹配与自主调控,从而为矿山灾害预警及智慧矿山建设提供理论与技术支撑.
关键词：光纤光学煤矿深部开采分布式光纤感知技术多物理场智慧矿山建设
分类号：TD325(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(41877268)矿山地质灾害防治安徽省重点实验室开放基金资助项目(2023-MGDP-02)安徽省高校自然科学重点科研资助项目(2024AH050363)
论文发表日期：2025-12-31
在线出版日期：2026-01-16（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：22( 100-121 )
英文信息