CN106017413A - 一种岩层沉降监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩层监测安全预警领域，公开了一种岩层沉降监测预警系统，包括岩层防护区采集光纤信号的采集装置、对采集到的光纤信号进行处理的远程监控模块，采集模块包括有环形光纤以及光反馈盒，环形光纤铺设于岩层中，光反馈盒将沿环形光纤反馈的光纤信号通过传输光缆传输至远程监控模块；远程监控模块对光纤信号进行处理，远程监控模块根据光纤信号获得干涉信号波形，并获得干涉信号波形沿所述环形光纤正向光路传输和反向光路传输的时间差，并基于所述时间差，获得发生沉降的位置，进而解决了现有不能实时确定整个巷道/隧道上方承载力量的变化位置的技术问题，进而实时对整个岩层上方承载力量的变化进行监测，并准确获取沉降位置的技术效果。

Description

一种岩层沉降监测预警系统

技术领域

本发明涉及岩层监测安全预警领域，尤其涉及一种岩层沉降监测预警系统。

背景技术

目前行业内桥梁、巷道、隧道、井道等上方低端采用浇筑拱形混凝土或职称工字钢作为承力防护层，按照结构设计在前期基本都没有任何性能支撑问题，但是，随着时间的推移和地壳运动地质演变，拱形混凝土的不同位置的受力会发生变化，这些变化目前没有很好的监控方法，一旦发生险情，就是无法挽回的损失，现有会采用预先派人携带专业设备定期巡查的方式避免这种险情的发生，但是，由于不能及时对全部位置实现在线监测，导致监管和监测存在盲区，而且，人为巡查难以发现细微的变化，同时，滞后性比较严重，不能实时反应出整个巷道/隧道内上方承载力量的变化情况。

发明内容

本发明实施例提供了一种岩层沉降监测预警系统，解决了现有通过人工巡查排除岩层沉降造成的危害时，不能实时确定整个巷道/隧道上方承载力量的变化位置的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种岩层沉降监测预警系统，其特征在于，包括岩层防护区采集光纤信号的采集模块、对所述采集到的光纤信号进行处理的远程监控模块，采集模块包括有环形光纤以及光反馈盒，环形光纤铺设于岩层中，光反馈盒将沿所述环形光纤传输的光纤信号通过传输光缆传输至远程监控模块；所述远程监控模块对所述光纤信号进行处理，远程监控模块根据光纤信号获得干涉信号波形，并获得干涉信号波形沿所述环形光纤正向光路传输和反向光路传输的时间差，并基于所述时间差，获得发生沉降的位置。

进一步地，所述采集模块具体还包括发射激光的相干激光器、将所述激光进行光电隔离的耦合器和波导调制器、将光电隔离的激光分解成两束激光的分束镜。

进一步地，所述环形光纤包括平行设置第一光纤和第二光纤以及将第一光纤和第二光纤串接的光纤终端模块，所述分束镜将一束激光分解成第一激光和第二激光，所述第一激光由第一光纤进入经第二光纤输出，所述第二激光由第二光纤进入经第一光纤输出。

进一步地，所述远程监控模块具体包括对所述光纤信号进行探测的振动探测器、对所述探测到的光纤信号进行处理的监控管理终端。

进一步地，所述监控管理终端基于干涉信号波形沿所述环形光纤正向光路传输和反向光路传输的时间差Δt，计算发生沉降的位置到环形光纤正向输入端的距离Z：

$Z=\frac{L-\mathrm{\Δ}t*v}{2}$

其中，L为环形光纤的总长度，c为光速，n为光纤的折射率。

进一步地，所述远程监控模块还包括报警显示屏和报警设备，所述报警显示屏连接至所述监控管理终端，所述报警设备连接至报警显示屏，所述监控管理终端通过报警显示屏进行显示报警，所述报警设备联动报警。

本发明实施例至少具有如下技术效果或优点：

由于在该岩层沉降监测预警系统中采用岩层防护区采集装置和远程监控模块，由岩层防护区采集装置中的环形光纤对岩层中的发生沉降的现象进行监测，在远程监控模块根据干涉信号波形沿环形光纤正向光路传输和反向光路传输的时间差，计算获得发生沉降的具体位置，进而解决了现有通过人工巡查排除岩层沉降造成的危害时，不能实时确定整个巷道/隧道上方承载力量的变化位置的技术问题，进而能够实时对整个岩层上方承载力量的变化进行监测，并准确获得沉降位置的技术效果。

附图说明

图1为本发明实施例中岩层沉降监测预警系统的模块示意图。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种岩层沉降监测预警系统，解决了现有通过人工巡查排除岩层沉降造成的危害时，不能实时确定整个巷道/隧道上方承载力量的变化位置的技术问题。

为了解决上述技术问题，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明提供的一种岩层沉降监测预警系统，如图1所示，包括岩层防护区采集装置10和远程监控模块20，该岩层防护区采集装置包括环形光纤、光反馈盒101，还包括发射激光的相干激光器102、耦合器103、波导调制器104、分束镜107，具体该环形光纤包括平行设置的第一光纤1051和第二光纤1052以及将第一光纤1051和第二光纤1052串接的光纤终端模块106，该环形光纤铺设于岩层中，用于检测岩层中发生的沉降现象，具体的，相干激光器102发射一束激光，经过耦合器103的光电隔离，传输至波导调制器104，经分束镜107将一束激光分成两束激光，即第一激光和第二激光，该第一激光进入第一光纤1051经第二光纤1052输出，该第二激光由第二光纤1052进入经第一光纤1051输出。

该光反馈盒101用于将沿环形光纤反馈的光纤信号通过传输光缆传输至远程监控模块20。

该远程监控模块20具体包括对光纤信号进行探测的振动探测器201和对探测到的光纤信号进行处理的监控管理终端202，具体地，该监控管理终端202基于该干涉信号波形沿环形光纤正向光路传输和反向光路传输的时间差Δt，计算发生沉降的位置到环形光纤正向输入端和距离Z：其中，L为环形光纤的总长度，c为光速，c＝3*10⁸m/s，n为光纤的折射率。通过这个式子，可以计算出发生沉降的位置距离光纤正向输入端的距离，从而方便远端监控人员及时了解到沉降的位置。

具体地，当岩层中发生沉降时，振动探测器202接收到经第一光纤1051反馈的干涉信号波形以及经第二光纤1052反馈的干涉信号波形，监控管理终端201依次通过解调，A/D转换，最后通过数字滤波，获得该干涉信号波形沿光纤正向光路传输和反向光路传输的时间差Δt。

通过上述的计算式，能够获得在岩层中发生沉降的位置到该光纤正向输入端的距离，也就是能够确定在岩层中的具体位置。能够实时监测整个巷道/隧道上方承载力量的变化。

该远程监控模块20还包括报警显示屏203和报警设备204，该报警显示屏203连接至监控管理终端201，该报警设备204连接至报警显示屏203，该监控管理终端202通过报警显示屏203进行显示报警，该报警设备204联动报警。从而在监测到有岩层沉降时能够及时报警，不仅能够通过报警显示屏显示报警，还可以通过其他报警设备204进行报警，例如报警灯和报警钟等等。

采用该发明中的岩层沉降监测预警系统，对岩层微小的沉降位移变化能够实现精确化探测预警。在本发明中使用的是无源传感光纤，不需要额外的电源输入，可在防护层混凝土中永久使用并能保持性能敏感，当外界的任何沉降变化和振动均可在监测平台上显示，可实现准确实时在线监测。

传统的岩层监测只是在重要的支撑位置安装探测仪，这样监测并不全面，岩层塌方可能发生在非支撑位置，传统的检测方法对于这类塌方无法全面准确的检测，本发明中是将无源传感光纤(两芯单模光纤)融合在混凝土中，且依赖检测的实际需求增加光纤的数量，能够对岩层实现全范围不间断位置的监控，并在光纤信号发生变化时进行提前预警。

传统的隧道/巷道中对发生岩层沉降的位置没有办法有效识别，增加了事故处理的难度，本发明中通过采用光纤干涉仪和监测管理终端，对光纤信号进行采集，分析获得的两种反馈信号的传输时间差就能够坚持光传输时间的变化，再根据光传输的时间反算实现报警位置和精确定位功能，测量精度高。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种岩层沉降监测预警系统，其特征在于，包括岩层防护区采集光纤信号的采集装置、对所述采集到的光纤信号进行处理的远程监控模块，采集模块包括有环形光纤以及光反馈盒，环形光纤铺设于岩层中，光反馈盒将沿所述环形光纤反馈的光纤信号通过传输光缆传输至远程监控模块；所述远程监控模块对所述光纤信号进行处理，远程监控模块根据光纤信号获得干涉信号波形，并获得干涉信号波形沿所述环形光纤正向光路传输和反向光路传输的时间差，并基于所述时间差，获得发生沉降的位置。

2.根据权利要求1所述的岩层沉降监测预警系统，其特征在于，所述采集装置具体还包括发射激光的相干激光器、将所述激光进行光电隔离的耦合器和波导调制器、将光电隔离的激光分解成两束激光的分束镜。

3.根据权利要求2所述的岩层沉降监测预警系统，其特征在于，所述环形光纤包括平行设置第一光纤和第二光纤以及将第一光纤和第二光纤串接的光纤终端模块，所述分束镜将一束激光分解成第一激光和第二激光，所述第一激光由第一光纤进入经第二光纤输出，所述第二激光由第二光纤进入经第一光纤输出。

4.根据权利要求1所述的岩层沉降监测预警系统，其特征在于，所述远程监控模块具体包括对所述光纤信号进行探测的振动探测器、对所述探测到的光纤信号进行处理的监控管理终端。

5.根据权利要求4所述的岩层沉降监测预警系统，其特征在于，所述监控管理终端基于干涉信号波形沿所述环形光纤正向光路传输和反向光路传输的时间差Δt，计算发生沉降的位置到环形光纤正向输入端的距离Z：

$Z=\frac{L-\mathrm{\Δ}t*v}{2}$

其中，L为环形光纤的总长度，c为光速，n为光纤的折射率。

6.根据权利要求1所述的岩层沉降监测预警系统，其特征在于，所述远程监控模块还包括报警显示屏和报警设备，所述报警显示屏连接至所述监控管理终端，所述报警设备连接至报警显示屏，所述监控管理终端通过报警显示屏进行显示报警，所述报警设备联动报警。