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摘要：本发明涉及采空区压力预测技术领域，公开了光纤监测数据驱动下的采空区压力反演方法，具体包括以下步骤：将分布式光纤埋设在关键层中，并与BOTDA解调仪进行连接；对煤矿采空区的煤层采高、采空区低应力距离、工作面走向推进长度、压实区岩体残余碎胀系数与直接顶厚度参数进行采集，建立分段函数来表述上覆岩层裂隙带剖面对应顶界面抛物线曲线。本发明通过将分布式传感光纤水平埋设在相似物理模型关键层内，随工作面推进监测关键层的结构变形，根据测得的光纤监测结果，可以反映采空区覆岩的破裂程度和范围，从而反演出采空区峰值压力的位置和变化。

主权项：1.光纤监测数据驱动下的采空区压力反演方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1：将分布式光纤埋设在关键层中，并与BOTDA解调仪进行连接；步骤2：对煤矿采空区的煤层采高、采空区低应力距离、工作面走向推进长度、压实区岩体残余碎胀系数与直接顶厚度参数进行采集，建立分段函数来表述上覆岩层裂隙带剖面对应顶界面抛物线曲线，建立的函数表达式为：式中：M为煤层采高，Ll为采空区低应力距离，B为工作面走向推进长度，b'为压实区岩体残余碎胀系数，h为直接顶厚度；步骤3：在基本顶初次破断之后，周期性的破断可视为以抗拉强度为主的岩梁破裂，岩梁破裂距离基本顶周期来压步距L可按下式计算： 式中：L为岩块长度，H为开采深度，γ为上岩层单位重量，RT为基本顶抗拉强度，hk为基本顶厚度；考虑到破碎岩体的碎胀程度，基本顶弯曲下沉量Ss的量可以根据下式计算：SS＝0.05M1.23综上所述，抗拉强度对基本顶的周期性破断起主导作用；在给定的上覆岩层坍塌角θ下，低应力距离Lι的表达式为： 步骤4：在关键层破断前，用分布式光纤测得的应变数据推算出关键层弯曲挠度，关键层弯曲变形模型中心为弯曲段最大挠度处，弯曲段变形呈圆弧状，此变形特征可将光纤变形形态构建成圆弧模型，进而对几何关系定量描述，岩层弯曲挠度Sx的关系表达式为：Sx＝r1-cosθ5式中，θ和r分别为关键层模型变形的圆弧弧度和半径，关系式为： 式中，L为光纤的初始埋设长度，Ld为光纤受轴向拉伸后的变形长度；其中Ld可通过光纤各采样点应变求和得出，其表达式为： 式中，N为埋入关键层光纤采样点数量；ι为设置的空间采样间隔；εi为各采样点应变；步骤5：根据材料力学原理，得到视为简支梁的关键层弯矩，从而推算出光纤的应力分布；步骤6：以三次垮落形成砌体梁结构的关键层模型为例；视最中间垮落岩块与关键层初始位置平行；岩块不同位置光纤破断后长度L1'、L2'、L3'可由初始长度L1、L2、L3与光纤测得的应变求得，表达式为：L1'＝L11+ε18其中ε1为L1段的受到的拉伸应变，此处光纤的下沉量H1的表达式为： 同理，第二段裸露光纤位置处可按下式计算： 随岩层破断发生位置变化的光纤与初始位置的关系，可看作边分别为L1、L1'、H1和L1'+L2'、H2、L1+L2的相似三角形，其表达式为： 将公式8带入得： 得到的H3即关键层破断后下沉的量Sx，整合后的表达式为： 根据公式8-13的原理，可通过埋设在岩块内的光纤应变变化来推断出各关键层断裂形态为砌体梁的各个断裂点的下沉量，并且光纤受到的拉伸应变可以表征这个下沉变形量和关键层垮落程度；具体表达式如下： 式中x为距离煤壁距离，S’x为关键层破断后不同位置处的下沉量；步骤7：垮落带高度Hc的表达式为： 式中：hM为开采高度，Ss为采空区上部岩层底部弯曲下沉量，Ssmax为最大允许下沉量，b为垮落岩体碎胀系数；如果上覆岩层破坏而没有任何下沉，即Ss＝Ssmax＝0，则垮落高度为： 采空区应变取决于距煤壁的距离和岩层特性，距离煤壁X处的采空区应变εx的表达式为： 将公式15带入公式17得： 式中Sx为采空区距煤壁X距离处冒落矸石的变形量；步骤8：距离X处的采空区应力的表达式为： 式中：E0为初始切线模量，其值与体积膨胀系数、岩体单轴抗压强度有关，本实验取411.1238Mpa；εM为垮落岩体在上覆岩层应力作用下的最大应变，其值可如下确定： 步骤9：将公式1-3带入公式19可得到关键层破断前光纤监测采空区应变；将公式10带入公式19为关键层破断后光纤监测采空区应变，具体表达式如下： 步骤10：将分布式传感光纤水平埋设在相似物理模型关键层内，随工作面推进监测关键层的结构变形，根据测得的光纤监测结果，可以反映采空区覆岩的破裂程度和范围，从而反演出采空区峰值压力的位置和变化。

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