煤炭一直是中國的主體能源，煤礦地質(zhì)監(jiān)測是煤礦安全生產(chǎn)的重要保障. 分布式 光纖傳感技術(shù)具有感測點連續(xù)、高精度、抗電磁干擾、耐腐蝕等優(yōu)點，在煤礦地質(zhì)監(jiān)測中有 重要的應(yīng)用. 該文介紹了布里淵光時域反射（Brillouin optical time domain reflectometry,

BOTDR）技術(shù)在煤礦地質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用. 重點介紹了采用分布式光纖傳感技術(shù)進(jìn)行采空區(qū)地 ?變形監(jiān)測的方法和結(jié)果. 結(jié)果表明，分布式光纖監(jiān)測技術(shù)能夠滿足煤礦地質(zhì)監(jiān)測需求，具有 良好的應(yīng)用前景.

煤炭是中國重要的主體能源，在能源供給結(jié)構(gòu)中處于重要戰(zhàn)略和主導(dǎo)地位. 中國煤炭資 源儲量豐富，預(yù)測地質(zhì)儲量超過 4.5 萬億噸. 煤炭在一次能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中常年占據(jù) 60%

以上，到 2020 年，國內(nèi)一次能源消費總量控制約 48 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，煤炭消費控制在 62% 以 內(nèi)[1]

. 預(yù)計到 2050 年煤炭在一次能源生產(chǎn)中仍將占 50%[2]

. 以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長的 一個時期內(nèi)不會改變，開發(fā)利用煤炭資源是能源稟賦、能源結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟社發(fā)展的必然選擇.

在煤礦開采生命周期中，實現(xiàn)煤炭的綠色開采和安全生產(chǎn)是關(guān)系煤炭工業(yè)持續(xù)健康發(fā)展 的頭等大事. 因此，煤礦地質(zhì)保障技術(shù)及裝備作為煤礦高效、安全、綠色開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一， 被列入高產(chǎn)高效礦井的五大保障體系.

隨著中國淺硧煤炭資源儲量的不斷減少，煤炭的開采深度逐漸向深部發(fā)展[3]

. 深部巷道處 于高地應(yīng)力、高地溫、高滲透壓的特殊地質(zhì)條件下[4]，容易引發(fā)劇烈的巷道變形和采場礦壓， 進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)生巖爆與沖擊地壓事故、煤與瓦斯突出事故、突水事故的幾率增加[5]，嚴(yán)重影響煤 礦的安全生產(chǎn). 目前通常采用地質(zhì)勘查、物探、鉆探、化探等技術(shù)解決煤硽結(jié)構(gòu)、瓦斯賦存、 水害防治等煤礦地質(zhì)問題，保障煤礦的安全生產(chǎn)[6]

. 上述技術(shù)在煤礦地質(zhì)保障中發(fā)揮了重要作 用，但也存在傳感器使用壽命較短、電學(xué)傳感器存在安全隱患、難以實時測量等方面的問題.

分布式光纖傳感技術(shù)具有感測點連續(xù)分布、抗電磁干擾、應(yīng)變測量精度高、韌性好、抗變 形、磨損能力強等適合工程應(yīng)用的特點，非常符合地質(zhì)和工程安全監(jiān)測的應(yīng)用需求[7-9]

. 近年 來，研究者利用分布式光纖傳感技術(shù)，在油氣管道安全監(jiān)測[10]、巖土工程安全監(jiān)測[11]、石油 勘探[12]、輸電線路安全監(jiān)測[13]等領(lǐng)域中都開展了不同程度的研究和應(yīng)用. 本文介紹了目前煤 礦地質(zhì)監(jiān)測中分布式光纖傳感技術(shù)的一些應(yīng)用，并給出了在煤礦采空區(qū)地砈穩(wěn)定性監(jiān)測中的

應(yīng)用實例.

1 分布式光纖傳感原理

光波與光纖介質(zhì)中的粒子相互作用產(chǎn)生散射. 光纖中的散射光包括瑞利散射（Rayleigh

scattering）、布里淵散射（Brillouin scattering）、拉曼散射（Raman scattering），如圖 1 所示.

布里淵散射是由光子和聲學(xué)聲子的相互作用產(chǎn)生的，由于存在多普勒效應(yīng)，布里淵散射 光相對于入射光存在一個布里淵頻移νB. 當(dāng)探測脈沖光注入傳感光纖唬，其在光纖沿線各位 置處產(chǎn)生的背向布里淵散光沿光纖原路返回到光纖入射端，且各位置處νB的數(shù)值與該位置處 光纖的應(yīng)變量之間呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，可表示為

式中，vB(ε) 為實際測量出的布里淵頻率的漂移量，vB (0)為當(dāng)應(yīng)變?yōu)?0 時的布里淵頻率的漂 移量，dvB(ε) dε 為比例系數(shù)，在 1 550 nm 波長其取值約為 493 MHz/%. 通過測量光纖中的背向 布里淵散射光的頻率漂移量 vB 就可以得到光纖沿線的應(yīng)變分布信息，從而實現(xiàn)分布式光纖應(yīng) 變傳感. 在目前發(fā)展較成熟的基于布里淵散射的分布式光纖應(yīng)變感測技術(shù)中，布里淵光時域反 射（Brillouin optical time-domain reflectometry, BOTDR）技術(shù)基于光時域反射原理與自發(fā) 布里淵散射，可以實現(xiàn)單端檢測而不需要提供回路光纖，在巖土與地質(zhì)工程中具有明顯優(yōu)勢. 目前商用的 BOTDR 儀器測試距離通?？蛇_(dá)數(shù)十 km，在空間分辨率為 m 量級的情況下，應(yīng)

變測試精度可保證在數(shù)十 με 量級。關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程控制RTU