在深部煤炭开采过程中,煤层上覆岩体的原始应力平衡遭到破坏,进而引起上覆岩层变形,造成岩体离层垮塌。这一方面对开采巷道的安全构成威胁,另一方面易造成地面塌陷,对地面构筑物的安全和地质环境产生影响。因此,对煤层采动覆岩变形进行监控,具有重要的现实意义。论文针对煤层采动覆岩变形破坏的一般规律,采用分布式光纤感测技术,在室内外试验的基础上,比较系统地开展了煤层覆岩变形分布式光纤监测技术研究。研发了适用于覆岩变形监测用的特种感测光缆;建立了煤层采动覆岩变形分布式光纤监测系统,在此基础上,开展了采动覆岩变形物理模型试验研究,并采用数值模拟、近景摄影技术等方法,验证了分布式光纤感测技术应用于煤层采动覆岩变形破坏监测的可行性和准确性;采用分布式光纤监测技术,揭示了采动覆岩变形破坏规律和覆岩离层的发展演化过程,最后结合淮北杨柳矿600米的钻孔,设计和安装了相应的分布式光纤监测系统,获得了深部岩体离层演化的全过程,为开采巷道的安全评估提供了依据。论文的研究工作总结如下:(1)本文在参阅大量国内外文献的基础上,对煤层采动覆岩变形破坏形式及其演化规律进行了研究,总结了煤层采动覆岩变形监测的要求。(2)介绍了分布式光纤感测技术的分类,对几种常用的分布式光纤感测技术如布里渊散射光时域反射测量(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry,简称 BOTDR)、布里渊光时域分析技术(Brillouin Optical Time-Domain Analyzer,简称BOTDA)和布里渊散射光频域分析技术(Brillouin Optical Frequency Domain Analysis,简称BOFDA)等技术特点和适用范围进行了对比分析。对比结果显示:BOTDR具有单端测量的优势,十分适合于煤层采动覆岩变形的现场监测。(3)研发了适用于煤层采动覆岩变形监测的特种感测光缆,并对其性能进行了测试标定。详细介绍了感测光缆的封装与保护,对覆岩变形感测光缆的选型进行了分析。(4)解决了感测光缆与岩土体耦合性和岩体大变形监测的问题。通过物理模型试验,分析了感测光缆与岩土体的耦合性能,并建立了感测光纤-砂土界面光纤拉拔力学传递模型;采用不同点间距的定点感测光缆,解决了岩土体大变形、不连续性的监测难题;分析了钻孔回填材料与感测光缆安装工艺对监测结果的影响。(5)建立了基于分布式光纤感测技术(Distributed Fiber Optic Sensing,简称DFOS)的煤层采动覆岩变形监测系统框架。提出了监测系统的设计原则,介绍了数据采集与传输,监测数据的表达与处理,小波分析去噪与数据异常识别等方法。(6)开展了煤层采动覆岩变形物理模型试验研究。利用直埋式和内埋式联合的感测光缆布设方法,建立了分布式光纤监测网络,获得了煤层采动过程中覆岩变形分布式监测结果。采用数值模拟、近景摄影技术等方法,对比验证了分布式光纤感测技术应用于煤层采动覆岩变形破坏监测的可行性和准确性;同时,揭示了采动覆岩变形破坏规律和覆岩离层的演化过程。数值模拟结果得出煤层顶板最大位移约为4cm,这与感测光缆测试结果高度吻合;利用经验公式计算得出“导高”为30.6cm,光纤监测数据分析的“导高”约为30cm,两者也基本一致。(7)开展了淮北杨柳煤矿现场试验研究。将特种感测光缆植入杨柳矿600m深的监测钻孔,设计和安装了相应的分布式光纤监测系统,对煤层开采过程中上覆岩体变形破坏特征和离层演化过程进行了实时监测,光纤监测测得冒落带和裂隙带高度分别为12.7m和56.7m,经验公式计算得出冒落带高度为13.4士2.5m,裂隙带高度为53.6±5.6m,两者基本一致。根据两年多的监测数据,采用关键层理论分析了杨柳矿覆岩变形和离层演化机理,得出两层坚硬火成岩层是控制覆岩变形关键层的结论;建立了基于分布式监测数据的覆岩变形分析模型,并运用该模型对煤层开采上覆岩体的稳定性进行了评价,提出了开采过程中覆岩变形预警和处理建议。