巷道掘进过程周围的土层和围岩受到外部应力和掘进机振动的影响,往往发生巷道两帮和顶部的快速且激烈的形变,研究合适支护方式是保证巷道安全施工的关键。在深入研究掘进过程中的巷道围岩动力学特性和临时支护机理的基础上,针对自移动式临时支护支架系统,围绕系统的受力形变监测,开展了相关研究。首次尝试将布里渊光时域反射(BOTDR, Brillouin Optical Time Domain Reflectometer)技术,应用于临时支护机架受力形变和巷道形变监控过程,提出在完成巷道掘进过程的实时、长期、全方位形变监测的理论和实验方案。还提出小型化BOTDR设计方案和实验样机,并设计了一个巷道模型,在该模型上完成相关的实验研究。研究巷道支护装备和内壁实现全面实时监控的方法和工艺,提出有效提高BOTDR监测精度的理论方案,这些方案可用于进一步提高BOTDR的测量范围和测量精度；在实验的基础上完成在光纤布线施工过程中的几个关键工艺和器件的设计与研制；并在物联网框架下提出了一个具有监测数据采集、存储和智能处理能力的基于BOTDR的符合物联网规范的地下工程物联网方案,以网格状结构综合提高应力变化精度,实现了在结构和方法上的创新。文章对U型钢可缩性支架和自移动式临时支架进行了变形分析和布线监测方案设计,探索了色散补偿方案为提高测试精度做出了有益的尝试。研究结果可以为巷道掘进过程中的巷道形变和永久支护形变监测提供新的测量方法,应用该方法监测的数据为自移式支护研究和巷道挖掘过程的的岩石动力学等理论研究提供重要的参考,有重要的理论和应用价值。主要研究内容如下：(1)提出一个新的传感器探测网格状结构。该方案可以完全在现有的BOTDR设备上运行,光纤布线的网格化可以获得整个形变面的数据。而面数据测量比传统的线数据测量在测量精度上有提高。(2)针对自移动式临时支护支架系统,围绕系统的受力形变监测,首次尝试将布里渊光时域反射技术,应用于临时支护机架受力形变和巷道形变监测。(3)提出并研究了提高探测距离的两种方法,为BOTDR增加色散补偿和预色散装置的方案,通过理论分析和数值仿真,可以看到输入信号的色散大大降低。(4)提出时域定标技术和光孤子技术在BOTDR上的应用。通过时域定标可以为光纤应变数据提供一个时间上的划分,分析了该方法提高BOTDR测量精度的提高的机制。利用光孤子脉冲保持不变的特性,进一步提高BOTDR的探测距离和精度。(5)设计巷道模型,使用BOTDR设备进行实验研究。得到了相变的一系列时序数据,这些数据可以为后期的研究提供样本。对实际巷道进行了实地的光纤敷设和测量实验,得到了一些初步的实验结果验证了BOTDR在地下巷道实时监控中的可行性。提出了云石胶胶粘和光纤铠甲这两种新的工艺和方法。(6)提出一个小型化BOTDR应变仪的设计方案。BOTDR小型化的核心思想是充分利用现有的大规模电子集成技术、微波集成技术和光子集成技术,通过器件研制和替代实现小型化的目的。(7)提出基于BOTDR的地下工程监控物联网方案。从地下工程安全施工和安全监控的方面来讲,仅仅使用一种方法几乎无法实现,必须综合利用数据、语音和视频信息来进行全面监控。在BOTDR监控系统上通过IP化网络连接的方式,为BOTDR配置几个高性能运算中心,实现数据存储、数据快速分析和数据采集传输自动化,形成一个智能中心,完成BOTDR的物联网构造。