基于分布式光纖傳感技術(shù)的采動覆巖變形監(jiān)測*

劉少林張 丹張平松王嘉誠施 斌

（①南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院 南京 210046）

（②安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院 淮南 232001）

基于分布式光纖傳感技術(shù)的采動覆巖變形監(jiān)測*

劉少林①張 丹①張平松②王嘉誠①施 斌①

（①南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院 南京 210046）

（②安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院 淮南 232001）

采用基于布里淵背向散射的分布式光纖傳感技術(shù)（BOTDR），監(jiān)測煤層采動過程中覆巖的變形情況。以淮南礦區(qū)某工作面為例，在煤層開采之前，通過鉆孔安裝工藝將分布式傳感光纜植入到覆巖中，然后進行封孔注漿，使傳感光纜與圍巖變形協(xié)調(diào)。隨著工作面的逐步推進，通過獲取和分析傳感光纜的應(yīng)變分布特征及其動態(tài)變化過程，得到了煤層采動過程中覆巖的變形及破壞狀態(tài)。最大拉應(yīng)變位于孔深5m處，應(yīng)變量是8350με；最大壓應(yīng)變位于孔深37m，應(yīng)變量約為－550με。光纜應(yīng)變與地層具有很好的對應(yīng)關(guān)系，在巖性相對較軟的地層（如泥巖）中，拉應(yīng)變值相對較大，而在巖性相對較硬的地層（如砂巖）中，應(yīng)變量較小且多為壓應(yīng)變。根據(jù)光纜的應(yīng)變分布得到的沿鉆孔方向地層的最大變形量為34mm，巷道圍巖松動圈范圍約為6m。研究結(jié)果表明，BOTDR分布式光纖傳感技術(shù)能夠準(zhǔn)確地獲取覆巖的變形分布及其變化情況，該技術(shù)的應(yīng)用可以為深部煤層的安全高效開采提供可靠的依據(jù)。

BOTDR 覆巖 分布式監(jiān)測 光纖傳感 變形

0 引 言

與淺部煤層開采不同，隨著開采強度及深度的增加，深部煤巖體處在高地應(yīng)力、高地溫、高巖溶水壓的環(huán)境中，工作面回采破壞了原巖應(yīng)力的平衡狀態(tài)，引起了應(yīng)力的重新分布。工作面前方出現(xiàn)了隨工作面回采向前移動的卸壓區(qū)域、應(yīng)力集中區(qū)域（宋廣東等，2012）。

煤層采動覆巖變形研究對煤層安全、高效開采有著直接的影響，一直以來都是井下安全生產(chǎn)十分關(guān)注的焦點問題，準(zhǔn)確判定頂板采動破壞高度及其發(fā)育特征對礦井采場合理布置、瓦斯抽采及礦井水防治等具有重要的指導(dǎo)意義（張平松等，2009）。在煤層開采過程中，準(zhǔn)確認識覆巖應(yīng)力場和變形場的分布及變化情況，可以得到覆巖的變形特征、破斷規(guī)律，為合理確定開采上界、制定防治措施提供科學(xué)依據(jù)，從而實現(xiàn)對煤炭資源的安全、高效開采；同時，采動覆巖的變形研究對于推動相關(guān)理論的發(fā)展，解決深部開采中所面臨的諸多難題等都具有重要的意義（程久龍等，2000）。

分布式光纖感測技術(shù)由于其探測感知端不含電子元器件，傳感光纜具有本征安全的特點，具有防水防潮、耐高溫、抗腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點；光纖既是傳感器又是傳輸介質(zhì)，易實現(xiàn)長距離、分布式測量，避免了點式傳感的漏檢問題；光纖體積小、安裝相對容易，易于網(wǎng)絡(luò)化。

近年來，分布式光纖傳感技術(shù)在橋梁隧道、邊坡工程、地下工程等重大基礎(chǔ)工程的應(yīng)變監(jiān)測和健康診斷中已得到廣泛應(yīng)用（施斌等，2004，2005；丁勇等，2005；劉杰等，2006；隋海波等，2008；Hiroshi et al.，2007；Assaf et al.，2009；Bao et al.，2012；Hisham et al.，2012；Zhang et al.，2015）。對于礦山工程，分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用大多數(shù)限于井下溫度探測或者巷道變形、支護方面的研究，關(guān)于煤層采動過程中覆巖變形及破壞規(guī)律的研究尚處在探索階段。作者所在課題組針對這一現(xiàn)狀，率先將分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用到煤層采動覆巖變形的研究（張丹等，2015）。采用BOTDR（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer，布里淵光時域反射計）分布式光纖傳感技術(shù)監(jiān)測煤層采動過程中覆巖的變形分布及其變化特征。在煤層開采之前，將分布式傳感光纜植入到煤層覆巖中，并通過對煤層開采過程中光纜的應(yīng)變分布特征及其變化規(guī)律進行分析，為煤柱留設(shè)、采準(zhǔn)巷道設(shè)計提供依據(jù)。

1 監(jiān)測方案設(shè)計

1.1 地質(zhì)條件

工作面底板標(biāo)高－839.1～－778.3m，走向長1366m，傾斜長240m，所采煤層厚0.2～8.0m，平均厚2.45m，采厚2.4m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)狀為60°～175°∠0°～10°，平均4°。煤層頂?shù)装迩闆r（表1）。

表1 工作面頂?shù)装迩闆rTable 1 The conditions of roof and floor

1.2 傳感光纜

由于巷道圍巖的變形較大，而且越靠近工作面，圍巖的變形越大。普通光纖的直徑只有0.25mm，纖細、脆弱，容易在布設(shè)和監(jiān)測過程中受到破壞。針對覆巖變形具有累進性、階段變化的特點，本次監(jiān)測通過鉆孔在巷道圍巖內(nèi)安裝兩條經(jīng)過機械增強，但敏感度不同的特殊應(yīng)變傳感光纜。

鉆孔中埋置的傳感光纜包括：鋼繩護套傳感光纜（GS）和定點傳感光纜（DD），兩種傳感光纜的封裝形式（圖1）。表2給出了這兩種傳感光纜的類型及主要性能參數(shù)。

圖1 應(yīng)變傳感光纜的封裝形式Fig.1 Packaging forms of strain sensing cables

表2 傳感光纜類型及主要性能參數(shù)Table 2 Types and main performance parameters of sensing cables

為了使光纜與覆巖更好地耦合，結(jié)合井下的實際情況，采用鉆孔埋入法將兩種不同的光纜綁在PVC管上送入預(yù)先打好的鉆孔內(nèi)，然后注漿封孔，使傳感光纜與圍巖協(xié)調(diào)變形。根據(jù)傳感光纜的應(yīng)變分布及其變化情況，可獲得隨工作面推進過程中覆巖變形的動態(tài)變化。如圖2所示，在運順巷道向煤層頂板施工一個傾角為40°的仰孔，鉆孔方向與工作面回采方向正交。傳感光纜在孔內(nèi)的實際安裝長度為86m，與通訊光纜法蘭連接后，引至大巷，建立監(jiān)測站。

2 監(jiān)測結(jié)果與分析

圖2 頂板鉆孔光纜安裝示意圖Fig.2 Installation schematic diagram of cables for roof borehole

以2014年2月13日監(jiān)測值為初值，按照監(jiān)測計劃，定期采集自2014年2月26日至2014年4月3日期間傳感光纜的應(yīng)變數(shù)據(jù)（整個過程中工作面向監(jiān)測孔方向推進了122m，至4月3號工作面到達距離監(jiān)測孔18m的位置處）。

2.1 傳感光纜的應(yīng)變分布特征

圖3為GS傳感光纜的應(yīng)變分布變化云圖，圖中實線內(nèi)的區(qū)域為拉應(yīng)變區(qū)，之外的區(qū)域為壓應(yīng)變區(qū)（注：拉應(yīng)變?yōu)檎?，壓?yīng)變?yōu)樨摚?。由圖可以看出：沿鉆孔方向，光纜總體呈現(xiàn)壓應(yīng)變，但壓應(yīng)變量較?。皇芾瓍^(qū)主要有4個。第一及第二受拉區(qū)出現(xiàn)在孔深0～6m及孔深9～12m范圍內(nèi)，光纜受到顯著拉伸，并隨工作面的推進，應(yīng)變量逐漸增大，拉應(yīng)變峰值出現(xiàn)在孔深5m、工作面至測點平距18m處，其值突破了8000με以上，這是由于該區(qū)域主要受到巷道的收斂變形及采動應(yīng)力的疊加影響造成的。第三及第四拉應(yīng)變區(qū)分別位于孔深40m及孔深50m范圍附近，并隨工作面的推進，應(yīng)變量有所增大，說明在采動應(yīng)力作用下，相應(yīng)地層發(fā)生拉伸變形，甚至出現(xiàn)拉張裂隙。而明顯的壓應(yīng)變區(qū)主要出現(xiàn)在35～45m、55～70m孔深處，量值較小，反映出相應(yīng)位置的頂板覆巖受采動影響而發(fā)生了一定程度的壓縮變形。

根據(jù)光纜應(yīng)變的變化規(guī)律及其應(yīng)變量的大小，可以推斷巖層的離層及其出現(xiàn)的區(qū)域。以孔深40m附近為例，隨著工作面的推進，當(dāng)工作面距測點平距約75m時，應(yīng)變由壓應(yīng)變轉(zhuǎn)為拉應(yīng)變，反映了煤層上部覆巖在采動應(yīng)力作用下先受到壓縮，隨著采動應(yīng)力的進一步增大，由于地層巖性的差異，在不同巖性的地層界面附近出現(xiàn)離層，傳感光纜受到拉伸，呈現(xiàn)拉應(yīng)變。

圖4為DD傳感光纜的應(yīng)變分布變化云圖?？梢?，光纜的應(yīng)變分布特征與GS光纜的基本相同，拉應(yīng)變區(qū)主要有4個。在孔深12m范圍內(nèi)，為第一及第二拉應(yīng)變區(qū)，由于靠近孔口，在采動應(yīng)力和巷道收斂變形的共同作用下，光纜的拉應(yīng)變較為顯著，拉應(yīng)變峰值約為4500με，位于孔深4m左右。在孔深40m附近及孔深45～50m范圍分別為第三及第四拉應(yīng)變區(qū)，隨工作面的推進，應(yīng)變量逐漸增大，說明在采動應(yīng)力作用下，相應(yīng)地層發(fā)生拉伸變形，甚至出現(xiàn)拉張裂隙。另外，兩個較為明顯的壓應(yīng)變區(qū)分別位于孔深35～45m及孔深55～70m之間，隨著工作面的推進，壓應(yīng)變量也不斷增大。

總體上來看，DD傳感光纜與GS傳感光纜應(yīng)變的分布是一致的，說明了DD和GS的傳感性能基本相同。但是，由于DD傳感光纜為定點結(jié)構(gòu)，使局部變形平均化，因此DD傳感光纜測得應(yīng)變值相對較小。

2.2 應(yīng)變分布與地層的對應(yīng)關(guān)系

圖3 GS傳感光纜的應(yīng)變分布變化云圖Fig.3 Strain distribution contour of sensing cable GS

圖4 DD傳感光纜的應(yīng)變分布變化云圖Fig.4 Strain distribution contour of sensing cable DD

圖5 給出了GS傳感光纜應(yīng)變分布與地層之間的對應(yīng)關(guān)系。由圖可見，由于靠近孔口處的監(jiān)測段同時受到采動應(yīng)力和巷道圍巖收斂變形的影響，位于直接頂①砂質(zhì)泥巖中存在兩個較大的拉應(yīng)變段，其應(yīng)變量比⑨砂質(zhì)泥巖中部監(jiān)測點的應(yīng)變量大很多，而且當(dāng)工作面距離測點較遠時，應(yīng)變量也較大，說明了巷道圍巖的變形以沿巷道徑向的收斂變形為主。此外，光纜的拉伸應(yīng)變主要出現(xiàn)在軟巖與硬巖的地層界面附近，如①砂質(zhì)泥巖與②中細砂巖的層面、⑤砂質(zhì)泥巖與⑥粗砂巖之間的薄層泥巖以及⑦細砂巖與⑧中細砂巖的層面附近。其中，⑥粗砂巖的下部，靠近于下部薄層泥巖的地層界面附近，測點的應(yīng)變變化呈現(xiàn)出先減小為壓應(yīng)變，而后又緩慢增大為拉應(yīng)變的變化趨勢，反映了煤層上部覆巖在采動應(yīng)力作用下先發(fā)生壓縮變形，當(dāng)采動應(yīng)力進一步增大，由于地層巖性的差異，在地層界面附近出現(xiàn)離層，傳感光纜受到拉伸，呈現(xiàn)拉應(yīng)變。壓縮應(yīng)變較為顯著的區(qū)域主要出現(xiàn)在⑤砂質(zhì)泥巖和⑥粗砂巖，以及⑨砂質(zhì)泥巖和⑩花斑泥巖地層，反映了地層在采動應(yīng)力的作用下被壓縮。

2.3 光纜應(yīng)變的變化規(guī)律

孔深分別為5m、11m、37m、40m、43m和49m處傳感光纜應(yīng)變的變化曲線（圖6）?？梢姡S工作面推進，孔深5m測點的拉應(yīng)變呈階段性增加的變化規(guī)律，當(dāng)工作面推進至距監(jiān)測孔110～120m，70m和35m左右時，其應(yīng)變值和應(yīng)變增加速率均顯著增大，這是由于此測點位于①砂質(zhì)泥巖中部且距離孔口較近，受巷道收斂和采動的共同作用，產(chǎn)生了較大的沿巷道徑向的拉伸變形，其最大拉應(yīng)變值達到了8350με。位于③砂質(zhì)泥巖的11m處的測點，當(dāng)工作面距離較遠時，應(yīng)變值相對較小，但隨著回采工作面的不斷推進，其應(yīng)變值逐步增大，說明圍巖變形受工作面采動的影響較大，而受巷道收斂變形的影響較小?？咨?7m和43m處兩測點的應(yīng)變值隨著工作面的推進逐漸減小，至監(jiān)測結(jié)束時，均呈現(xiàn)壓應(yīng)變，應(yīng)變值約為－550με?？咨?0m的測點的應(yīng)變變化呈現(xiàn)出先減小為壓應(yīng)變，而后又緩慢增大為拉應(yīng)變的變化趨勢?？咨?9m測點當(dāng)工作面較遠時，拉應(yīng)變緩慢增加，當(dāng)工作面距測點30m左右時，拉應(yīng)變增加速率顯著加快，至監(jiān)測結(jié)束，該測點最大拉應(yīng)變達到了1630με。

圖5 GS傳感光纜應(yīng)變分布與地層的對比圖Fig.5 Correspondence between strain distribution of GS sensing cable and strata

圖6 GS光纜測點應(yīng)變的變化曲線Fig.6 The variation curve of GS sensor cable at themonitoring point

圖7 DD光纜測點應(yīng)變的變化曲線Fig.7 The variation curve of DD sensor cable at themonitoring point

圖7 為DD光纜孔深分別為2m、9m、40m和49m測點應(yīng)變隨工作面推進位置的變化曲線。孔深2m測點的應(yīng)變呈階段性變化，當(dāng)工作面推進至監(jiān)測孔平距為100m左右，應(yīng)變由120με增大至700με，之后應(yīng)變增加緩慢。當(dāng)平距為70m左右時，拉應(yīng)變呈線性增加。當(dāng)平距小于36m，拉應(yīng)變增加速率進一步增大，并呈線性增加，至監(jiān)測結(jié)束，最大拉應(yīng)變達到4500με。孔深9m的測點的拉應(yīng)變基本隨工作面推進呈線性緩慢增加，拉應(yīng)變最大值約為700με。隨工作面的推進，孔深40m測點呈壓應(yīng)變平穩(wěn)增加，最后趨于穩(wěn)定；孔深49m的測點，在工作面推進到距監(jiān)測孔124m至82m之間出現(xiàn)輕微壓應(yīng)變，之后由壓應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)變，并逐漸增大，當(dāng)平距35m時，拉應(yīng)變有加速增大的趨勢。

通過對比GS光纜和DD光纜的典型測點的應(yīng)變變化曲線可以看出，工作面采動應(yīng)力的超前影響范圍大于120m，明顯影響范圍約為70m，劇烈影響范圍約為35m，側(cè)向支撐壓力峰值距煤壁約為5m。

3 覆巖的變形、破壞特征分析

DD光纜為5m間距定點封裝光纜，封裝時對固定點間的光纜進行了預(yù)拉伸，并保持光纜與外層護套不接觸。當(dāng)固定點之間產(chǎn)生較大變形，如裂縫，通過該定點結(jié)構(gòu)可以在一定程度上避免傳感光纜在裂縫處受損，同時，使局部大變形轉(zhuǎn)換為兩固定點間的小變形，以延長傳感光纜的監(jiān)測壽命。因此，DD光纜對局部變形不敏感，容易忽略局部信息。圖4中第三、第四拉應(yīng)變區(qū)的范圍及拉應(yīng)變量均比圖3相應(yīng)位置的要小也說明這一點?；诖耍旅鎸⒅饕鶕?jù)GS光纜的應(yīng)變分布情況對覆巖的變形及破壞特征進行分析。

3.1 地層變形

這里，將孔底看做不動點，通過積分得到沿鉆孔方向的地層變形分布圖（圖8）。總體上，從孔底到孔深6m附近，變形量相對較小，增長速度緩慢，其中在孔深50～47m及孔深10～5m變形速度呈現(xiàn)加快的趨勢。而在孔深6m到孔口位置，變形量急劇增加。當(dāng)工作面推進至監(jiān)測孔約20m時，累計變形量為34mm，這主要是由巷道的收斂變形造成的。

3.2 圍巖松動圈

監(jiān)測鉆孔方向與巷道走向垂直，鉆孔仰角為40°，因此，沿鉆孔方向的松動圈范圍即是巷道松動圈的實際范圍。在孔深6m范圍內(nèi)，傳感光纜的拉應(yīng)變量較大，最大值約為8350με，反映了巖體已經(jīng)產(chǎn)生拉破壞。由圖8可知，變形量在孔深6m范圍內(nèi)變化顯著，而且隨時間逐步增大，由此可以判定，巷道圍巖松動圈的范圍約為6m。因此，可以根據(jù)傳感光纜的拉應(yīng)變分布及應(yīng)變量的大小分析圍巖松動圈的范圍。

圖8 鉆孔方向變形量分布圖Fig.8 Distribution curve of deformation along the borehole

3.3 離層破壞

沿鉆孔方向，除近孔口區(qū)域主要受巷道收斂變形影響外，其他區(qū)域主要受到采動應(yīng)力的影響。在孔深49m附近，光纜出現(xiàn)較大的拉伸變形，且隨著工作面向前推進，拉伸變形逐步增大。從圖5可以看出，此區(qū)域位于⑦細砂巖與⑧中細砂巖的地層界面，由于巖性的差異，在地層界面處產(chǎn)生離層，從而使得此處變形量較大。在孔深40m處，隨著工作面的推進，在豎向采動應(yīng)力的作用下，隨地層協(xié)調(diào)變形的傳感光纜初期產(chǎn)生了輕微的壓縮變形，而后，由于⑤砂質(zhì)泥巖與⑥粗砂巖之間的巖性差異，此處發(fā)生了離層，光纜由壓縮變形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槔熳冃?，并隨著工作面的推進，拉應(yīng)變呈不斷增加的趨勢。因此，根據(jù)傳感光纜的應(yīng)變狀態(tài)及其變化，結(jié)合地層的分布特征，可以對地層在采動過程中的離層變形進行監(jiān)測和分析。

3.4 破壞區(qū)的劃分

隨著工作面不斷向鉆孔方向推進，孔口處光纜由于受到巷道的收斂變形和采動應(yīng)力的疊加影響，產(chǎn)生了較大的拉伸變形并逐漸增大，當(dāng)工作面距監(jiān)測孔平距約20m時，孔口處光纜受到的拉伸量過大而遭到破壞，監(jiān)測工作終止。這里，根據(jù)已獲得的光纜應(yīng)變對孔深范圍內(nèi)的地層破壞情況進行了分析。

表3 巖石試樣物理性能實驗結(jié)果Table 3 The results of physical property test of rock specimen

表3為覆巖巖石試樣物理性能實驗結(jié)果。根據(jù)巖石力學(xué)，由巖石試樣的單軸抗壓強度、抗拉強度及其彈性模量，可以計算出巖石試樣在發(fā)生拉、壓屈服時的應(yīng)變量。將巖石試樣發(fā)生單軸拉伸屈服的應(yīng)變記為ε拉實驗，發(fā)生單軸壓縮屈服的應(yīng)變記為ε壓實驗。將傳感光纜實測的沿鉆孔方向的應(yīng)變值記為εi實驗。由于傳感光纜與圍巖協(xié)調(diào)變形，εi實測即相應(yīng)位置覆巖的實測應(yīng)變。假定覆巖僅在拉、壓應(yīng)力下產(chǎn)生破壞，通過對比光纜應(yīng)變與巖石實驗屈服應(yīng)變，可以對圍巖的變形狀態(tài)進行初步分區(qū)，有：

當(dāng)ε壓實驗＜εi實測＜ε拉實驗時，巖石處于彈性變形狀態(tài)；當(dāng)εi實測≤ε壓實測時，巖石處于壓破壞狀態(tài)；當(dāng)εi實測≥ε拉實驗時，巖石處于拉破壞狀態(tài)。

根據(jù)光纜應(yīng)變與屈服應(yīng)變的比較，繪制了當(dāng)工作面距監(jiān)測斷面20m時，沿鉆孔方向覆巖的彈塑性分布圖（圖9）?？梢姡劂@孔方向主要發(fā)育了4個拉破壞區(qū)，其余基本為彈性變形區(qū)，未發(fā)育明顯的壓破壞區(qū)，表明在采動應(yīng)力及巷道圍巖變形的影響下，地層主要產(chǎn)生拉張破壞。

圖9 鉆孔方向覆巖彈塑性分布圖Fig.9 Elastoplastic distributionmap of overburden

4 結(jié) 論

深部開采頂板巖層的運動規(guī)律、采動應(yīng)力的分布及變化與淺部開采有所不同，通過對工作面影響范圍內(nèi)的地層進行監(jiān)測，可以準(zhǔn)確地了解地層的變形、破壞特征，為煤礦安全、高效生產(chǎn)提供依據(jù)。本文采用分布式光纖傳感技術(shù)，對采動覆巖變形進行了監(jiān)測和分析，得到如下結(jié)論：

（1）研究了傳感光纜的應(yīng)變分布特征，發(fā)現(xiàn)與地層分布具有較好的對應(yīng)關(guān)系；在監(jiān)測期內(nèi)，最大拉應(yīng)變位于孔深5m處，應(yīng)變量為8350με，最大壓應(yīng)變位于孔深37m，應(yīng)變量約為－550με；工作面采動應(yīng)力的超前影響范圍大于120m，明顯影響范圍約為70m，劇烈影響范圍約為35m，側(cè)向支撐壓力峰值距煤壁約為5m。

（2）根據(jù)光纜應(yīng)變分布，得到了沿鉆孔方向地層的最大變形量約為34mm，巷道圍巖松動圈的范圍為6m。

（3）根據(jù)傳感光纜實測的應(yīng)變分布及其與地層的對應(yīng)關(guān)系，得到了離層破壞情況，并初步對孔深范圍內(nèi)的地層破壞情況進行了分區(qū)。

總之，基于BOTDR分布式光纖傳感技術(shù)能夠準(zhǔn)確地反映采場空間地層的變形、應(yīng)力及破壞情況，具有顯著的優(yōu)越性。該技術(shù)的推廣和使用，對于推動相關(guān)理論的發(fā)展，解決深部開采中所面臨的突出問題等具有重要的意義。

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DEFORMATION MONITORING OF OVERBURDEN BASED ON DISTRIBUTED OPTICAL FIBER SENSING

LIU Shaolin①ZHANG Dan①ZHANG Pingsong②WANG Jiacheng①SHIBin①
（①School of Earth Sciences and Engineering，Nanjing University，Nanjing 210046）
（②School of Earth and Environment Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001）

As a kind of distributed fiber optic sensing technology based on Brillouin back-scattering，BOTDR was used tomonitor the deformation of overburden during the coalmining.Taking a working face in Huainan mining area as an example，distributed optical sensing cableswere implanted into the overburden of coal seam by drilling. By grouting the boreholewith cement，it is assumed that the deformation of sensing cable and the overburden should be the same.During the mining，strain distribution of sensing cables was obtained periodically.By analyzing the strain distribution and its variation，the deformation and failure of overburden were investigated during themining. The maximum tensile strain along the borehole is about 5m depth with the value of 8350με.The maximum compressive strain is-550μεat the borehole depth of 37m.Strain distribution shows a good correlation with thestructure of the strata.A relatively larger tensile strain can be observed in the soft strata，such as mudstone. However，the strain in the hard strata，such as sandstone，the cable strain is smaller and usually ompressive.The maximum deformation of the strata along the borehole is 34mm.The loosened circle of roadway is about 6m.The results show that distributed optical fiber sensing technology can obtain the deformation and its variation of the overburden，which can provide reliable data for the safe and efficientmining.

BOTDR，Overburden，Distributed monitoring，F(xiàn)iber optic sensing，Deformation

TD82

：A

10.13544／j.cnki.jeg.2016.06.011

2015－04－01；

2015－09－28.

地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室開放

（SKLGP2011K011），國家自然科學(xué)基金重點項目（41230636），

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費（1118020601）資助.

劉少林（1990－），男，碩士生，主要從事礦山巖體應(yīng)力監(jiān)測及巖土工程數(shù)值分析等方面的研究工作.Email：lsl1197671580＠163.com

張丹（1976－），男，博士，副教授，主要從事工程地質(zhì)和防災(zāi)減災(zāi)方面的研究工作.Email：zhangdan＠nju.edu.cn