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一、主要作者及研究机构
本文由Zhenkang Wang、Wenping Li、Qiqing Wang、Yanbo Hu和Jiafa Du共同完成。其中，Zhenkang Wang来自安阳工学院土木与建筑工程学院，Wenping Li、Qiqing Wang、Yanbo Hu和Jiafa Du均来自中国矿业大学资源与地球科学学院。该研究发表于《Rock Mechanics and Rock Engineering》期刊，于2021年7月4日在线发表。
二、学术背景
本研究主要涉及岩石力学与采矿工程领域，重点关注地下采矿对上覆岩土复合结构动态响应的监测。地下采矿活动会破坏上覆岩层的应力平衡，导致岩层塌陷、断裂、分离和变形，进而引发上覆含水层的渗漏，严重威胁地下安全和地表环境。传统的模拟和理论计算方法难以全面反映采矿过程中上覆岩层的动态运动。因此，本研究旨在应用分布式光纤传感技术（Distributed Optical Fiber Sensing, DOFS），包括布里渊光时域反射技术（Brillouin Optical Time-Domain Reflectometry, BOTDR）和光纤布拉格光栅传感技术（Fiber Bragg Grating, FBG），实时定量监测上覆岩层的运动，为地下安全采矿和地表环境保护提供科学依据。
三、研究流程
本研究分为以下几个主要步骤：
1. 研究区域与工程背景
研究在陕西省榆林市金鸡滩煤矿进行，目标煤层为侏罗系2-2煤层，厚度为8.6-12.2米，埋深为-284米至-259米。监测钻孔（KYS）位于117工作面，该工作面是陕北沙漠滩厚潜水层下首个大采高综放开采工作面。
传感器设计与安装
研究采用了四种光纤传感电缆（MKS、GFRS、5 m IFS和2 m IFS）和两种FBG传感器（FBGD和FBGO）。传感器通过监测钻孔垂直嵌入上覆岩层中，钻孔深度为207米，直径为133毫米。传感器安装后，钻孔采用特殊混合物进行注浆，并密封保护。
测试设备与数据采集
研究使用基于BOTDR的AV6419光纤应变分析仪和基于FBG的A03解调器进行数据采集。数据采集频率为每天1-2次，共采集了42组现场监测数据。
数据分析与结果讨论
通过分析光纤传感电缆和FBG传感器的数据，研究揭示了上覆岩层在采矿过程中的变形和破坏特征，并确定了导水裂隙带（Water-Flowing Fractured Zone, WFFZ）的最大高度。
四、主要结果
1. 岩层变形特征
BOTDR技术监测结果显示，采矿过程中上覆岩层以拉伸变形为主，应变主要集中在岩性界面和黄土内部。当采掘面通过监测钻孔83.16米时，岩层和黄土层的位移分别达到最大值76.65毫米和59.61毫米。
黄土变形特征
FBG技术监测结果显示，黄土层在采矿过程中主要经历不均匀沉降，最大位移为59.61毫米。
导水裂隙带的最大高度
研究确定WFFZ穿透了岩层并进入黄土层4.35米，其最大高度为225.43米。与微电阻率扫描技术和数值模拟相比，DOTS技术能够更准确地确定WFFZ的最大高度。
五、结论
本研究通过应用BOTDR和FBG技术，成功监测了地下采矿对上覆岩土复合结构的动态响应，揭示了岩层和黄土层的变形和破坏特征，并确定了WFFZ的最大高度。研究结果为地下安全采矿和地表环境保护提供了重要的工程指导意义。
六、研究亮点
1. 重要发现
研究揭示了采矿过程中上覆岩层以拉伸变形为主，应变主要集中在岩性界面和黄土内部。
方法新颖性
研究首次综合应用BOTDR和FBG技术进行上覆岩层动态监测，显著提高了监测精度和可靠性。
研究对象的特殊性
研究针对陕北沙漠滩厚潜水层下的大采高综放开采工作面，具有重要的区域代表性。
七、其他有价值内容
研究还通过数值模拟和微电阻率扫描技术验证了DOTS技术的监测结果，进一步增强了研究结论的科学性和可靠性。