煤炭科学技术

作者：史伟鹏, 张平松, 孙斌杨, 魏广庆,

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,

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。

来源：2025年第12期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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