光测方法对比：BOTDA、FBG与DIC在煤矿覆岩变形试验中的应用与差异

本文主要探讨了采场覆岩变形破坏模拟试验中光测方法的对比研究，着重分析了BOTDA（布里渊分布式光纤传感技术）、FBG（光纤布拉格光栅）和DIC（数字图像相关技术）在应变测量中的应用。物理相似模型试验在煤矿采场覆岩层变形破坏规律研究中起着核心作用，通过结合这三种光测技术，构建“点-线-面”试验测试系统，旨在提升测试精度。 作者首先从光测原理出发，对比了这三种技术的应变测量特性。BOTDA和FBG实质上测量的是线应变，而DIC则能捕捉到更广泛的面应变信息。通过对现有试验数据的统计分析，研究者确定了在不同工况下，BOTDA和FBG光纤应变监测的数据范围，为实际试验设计提供了参考。 在实验部分，研究人员搭建了一个3米平面应力相似模型，模拟了煤矿工作面多次开挖和推进过程。通过嵌入的1根BOTDA光纤和3个FBG传感器，以及实时的DIC表面观测，对比了三种方法对关键层内部变形状态的测量结果。试验结果显示，在均匀连续变形区域，BOTDA与DIC的测试应变理论上相差较大，约为15.52~16.7倍；而在非均匀变形区域，这一差距进一步扩大至27~133倍。 然而，尽管数值上存在显著差异，当岩层发生破断和离层裂隙变化时，三种光测方法显示出同步性，且发展趋势基本一致。特别是在应变曲线的峰前阶段，DIC与FBG的测试应变一致性较好，而峰后的阶段，DIC更能反映出上覆岩层的精细变形。在离层位置和关键层破断范围的检测上，FBG和DIC各有优势，但总体上，DIC的测试结果更为准确。 这项研究对于将不同光传感技术应用于模型覆岩变形破坏监测具有重要的指导意义，强调了选择合适的方法对于精确捕捉和理解复杂地质条件下的变形行为至关重要。通过对这些光测技术的深入理解和对比分析，研究者们为实际采场的覆岩变形监控提供了科学依据和技术支持。