CN109611693A - 一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测装置与方法 - Google Patents

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赵洋
李庆钊
李兵
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Abstract

一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测装置与方法，管线泄漏检测装置包括分布式光纤传感器、首端耦合器、法拉第旋转镜、光电信号检测系统和计算机信号处理系统，分布式光纤传感器布置在瓦斯抽采负压管线内，分布式光纤传感器末端安装有法拉第旋转镜，分布式光纤传感器前端具有首端耦合器，首端耦合器与光电信号检测系统相连，光电信号检测系统与计算机信号处理系统相连。本发明的管线泄漏检测装置，通过对光电信号的转换及信号优化处理，可及时检测到瓦斯抽采负压管线内是否发生泄漏并能准确定位出泄漏点，泄漏检测系统安全指数高、稳定性能好，大大提高了检测效率和定位精度。

Description

一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测装置与方法
技术领域
本发明涉及管线泄漏检测，具体涉及一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测装置与方法。
背景技术
由于我国煤炭开采技术的不断提升，开采速度的增大，导致煤矿井下瓦斯涌出量不断增加，严重威胁井下安全，因此要加大井下瓦斯的抽采利用，减少开采过程中的瓦斯涌出，确保煤矿的安全生产。但是，在我国的大部分矿井中，瓦斯抽采管路大都铺设在回风巷中，回风巷道维护能力差且巷道外部条件差，瓦斯抽采管路在巷道中容易发生锈蚀和破裂从而造成管道泄漏。由于瓦斯抽采管路是负压抽采，一旦发生管线泄漏，外部空气会进入到抽采管线内，在一定的条件下就有可能发生瓦斯爆炸事故，从而造成大量的损失。而目前我国大部分煤矿井下检测瓦斯抽采负压管线泄漏还处于人工巡视检测阶段，并不能及时检测到管线泄漏。且随着抽采管路的延长，人工巡视检测效率会大大降低，同时浪费了大量人力物力以及财力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测装置与方法，以克服现有的泄漏检测效率低、不能及时定位泄漏点等缺陷。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：
一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测装置，包括分布式光纤传感器、首端耦合器、法拉第旋转镜、光电信号检测系统和计算机信号处理系统，分布式光纤传感器布置在瓦斯抽采负压管线内，分布式光纤传感器末端安装有法拉第旋转镜，分布式光纤传感器前端具有首端耦合器，首端耦合器与光电信号检测系统相连，光电信号检测系统与计算机信号处理系统相连。
作为进一步改进的技术方案，所述瓦斯抽采负压管线包括瓦斯抽采主管和瓦斯抽放支管，法拉第旋转镜包括法拉第旋转镜一和法拉第旋转镜二，瓦斯抽采主管内的分布式光纤传感器末端安装有法拉第旋转镜一，瓦斯抽放支管内的分布式光纤传感器末端安装有法拉第旋转镜二，瓦斯抽放支管内的分布式光纤传感器通过光纤耦合器与瓦斯抽采主管内的分布式光纤传感器相连。
作为进一步改进的技术方案，所述分布式光纤传感器紧贴所述瓦斯抽采负压管线内壁。
一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测方法，包括步骤：
S1：在铺设瓦斯抽采负压管线时，将分布式光纤传感器铺设在瓦斯抽采负压管线内；
S2：将分布式光纤传感器与光电信号检测系统的数据输入端相连，将光电信号检测系统的数据输出端与计算机信号处理系统的数据输入端相连；
S3：当瓦斯抽采负压管线发生泄漏时，分布式光纤传感器将泄漏信号传递到光电信号检测系统，光电信号检测系统通过处理泄漏信号计算出泄漏点；
S4：光电信号检测系统将泄漏点定位信息发送至计算机信号处理系统，计算机信号处理系统接收到泄漏点定位信息后，发出反馈和报警信息。
作为进一步改进的技术方案，所述步骤S3具体包括：当瓦斯抽采负压管线发生泄漏时，泄漏信号传递到分布式光纤传感器的两侧，分布式光纤传感器首端一侧接收的泄漏信号直接传递到光电信号检测系统，同时末端一侧接收的泄漏信号通过法拉第旋转镜反射回来并传递到光电信号检测系统，光电信号检测系统通过信号优化消除噪声信号，再根据接收两次泄漏信号的时间定位出泄漏点。
作为进一步改进的技术方案，所述泄漏点的定位方法具体为：
其中，L2为泄漏点离管线末端的距离，t1为泄漏信号传输到首端的时间，t2为泄漏信号传输到末端再反射到首端的时间，v为已知的泄露信号传输速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明基于分布式光纤传感器模块技术，通过对光电信号的转换及信号优化处理，可以及时检测到瓦斯抽采负压管线内是否发生泄漏；通过在管线内铺设分布式光纤传感器可以减少外部环境对光纤传感器的破坏；当管线发生泄漏时更能及时的反馈泄漏信号并能及时报警；泄漏检测系统安全指数高、稳定性能好，可以在抽采负压管线内的恶劣环境下长时间正常运行，电绝缘性好、抗静电、耐腐蚀、耐高压、光纤本身不带电没有安全隐患，更为安全可靠；分布式光纤传感器测量精度高，定位精确，可以克服长距离负压管线的限制，进行长距离的信号传输，能够准确及时的检测抽采负压管线的泄漏情况，进行及时的报警，大大提高了检测效率，降低了因管线泄露而导致的瓦斯爆炸事故，有效满足煤矿井下安全生产的需要。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种瓦斯抽采负压管线内泄漏检测装置的布置示意图；
图2是本发明实施例中的泄漏检测方法原理图；
图3是本发明实施例中的泄漏点计算方法示意图；
图1中：1－瓦斯抽采主管，2－分布式光纤传感器，3－光纤耦合器，4－首端耦合器，5－法拉第旋转镜一，6－法拉第旋转镜二，7－钻孔，8－三通阀，9－高压连孔管，10－瓦斯抽放支管，11－光电信号检测系统，12－计算机信号处理系统。
具体实施方式：
下面参照附图对本发明做进一步描述。
实施例
如图1所示，一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测装置，包括分布式光纤传感器2、首端耦合器4、法拉第旋转镜、光电信号检测系统11和计算机信号处理系统12。分布式光纤传感器2布置在瓦斯抽采负压管线内，瓦斯抽采负压管线包括瓦斯抽采主管1和瓦斯抽放支管10，法拉第旋转镜包括法拉第旋转镜一5和法拉第旋转镜二6。瓦斯抽采主管1内的分布式光纤传感器末端安装有法拉第旋转镜一5，瓦斯抽放支管10内的分布式光纤传感器末端安装有法拉第旋转镜二6，瓦斯抽放支管10内的分布式光纤传感器通过光纤耦合器3与瓦斯抽采主管1内的分布式光纤传感器相连，瓦斯抽采主管1内的分布式光纤传感器前端具有首端耦合器4。首端耦合器4与光电信号检测系统11相连，光电信号检测系统11与计算机信号处理系统12相连。钻孔7内具有高压连孔管9，高压连孔管9通过三通阀8与瓦斯抽放支管10相连。瓦斯经由高压连孔管9被抽到瓦斯抽放支管10，再汇集到瓦斯抽采主管1排出。在铺设瓦斯抽采负压管线时，即将分布式光纤传感器2预先铺设在瓦斯抽采负压管线内，分布式光纤传感器2紧贴瓦斯抽采负压管线内壁，以便防止管线内抽采阻力的增大。再将分布式光纤传感器2与光电信号检测系统11的数据输入端相连，将光电信号检测系统11的数据输出端与计算机信号处理系统13的数据输入端相连。
泄漏检测原理图如图2所示，当瓦斯抽采负压管线发生泄漏时，泄漏点的泄露信号(湍流声压或微振动)传递到光电信号检测系统11传递到分布式光纤传感器2的两侧，分布式光纤传感器2首端一侧接收的泄漏信号直接传递到光电信号检测系统11，同时末端一侧接收的泄漏信号通过法拉第旋转镜反射回来并传递到光电信号检测系统，光电信号检测系统通过信号优化(如小波分解变换)消除其他震动引起的噪声信号，再根据接收两次泄漏信号的时间计算出泄漏点距末端的距离，从而定位出泄漏点。
如图3所示，泄漏点的定位方法具体如下：
在发生瓦斯管路泄漏时，设泄漏点离管线首端距离为L1，离管线末端距离为L2，其中L1和L2未知，泄漏点信号传输到首端被光电信号检测系统检测到的时间为t1，泄漏信号传输到末端后再反射到首端被光电信号检测系统检测到的时间为t2，信号传输速度v为已知，t1和t2由光电信号检测系统测得，依据下列公式即可计算出出泄漏点距离管线末端距离L2：
光电信号检测系统再将泄漏点定位信息L2发送至计算机信号处理系统，计算机信号处理系统接收到泄漏点定位信息后，发出反馈和报警信息。

Claims (6)

1.一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测装置，其特征在于，包括分布式光纤传感器、首端耦合器、法拉第旋转镜、光电信号检测系统和计算机信号处理系统，分布式光纤传感器布置在瓦斯抽采负压管线内，分布式光纤传感器末端安装有法拉第旋转镜，分布式光纤传感器前端具有首端耦合器，首端耦合器与光电信号检测系统相连，光电信号检测系统与计算机信号处理系统相连。
2.根据权利要求1所述的一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测装置，其特征在于，所述瓦斯抽采负压管线包括瓦斯抽采主管和瓦斯抽放支管，法拉第旋转镜包括法拉第旋转镜一和法拉第旋转镜二，瓦斯抽采主管内的分布式光纤传感器末端安装有法拉第旋转镜一，瓦斯抽放支管内的分布式光纤传感器末端安装有法拉第旋转镜二，瓦斯抽放支管内的分布式光纤传感器通过光纤耦合器与瓦斯抽采主管内的分布式光纤传感器相连。
3.根据权利要求1所述的一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测装置，其特征在于，所述分布式光纤传感器紧贴所述瓦斯抽采负压管线内壁。
4.一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测方法，其特征在于，包括步骤：
S1：在铺设瓦斯抽采负压管线时，将分布式光纤传感器铺设在瓦斯抽采负压管线内；
S2：将分布式光纤传感器与光电信号检测系统的数据输入端相连，将光电信号检测系统的数据输出端与计算机信号处理系统的数据输入端相连；
S3：当瓦斯抽采负压管线发生泄漏时，分布式光纤传感器将泄漏信号传递到光电信号检测系统，光电信号检测系统通过处理泄漏信号计算出泄漏点；
S4：光电信号检测系统将泄漏点定位信息发送至计算机信号处理系统，计算机信号处理系统接收到泄漏点定位信息后，发出反馈和报警信息。
5.根据权利要求4所述的一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：当瓦斯抽采负压管线发生泄漏时，泄漏信号传递到分布式光纤传感器的两侧，分布式光纤传感器首端一侧接收的泄漏信号直接传递到光电信号检测系统，同时末端一侧接收的泄漏信号通过法拉第旋转镜反射回来并传递到光电信号检测系统，光电信号检测系统通过信号优化消除噪声信号，再根据接收两次泄漏信号的时间定位出泄漏点。
6.根据权利要求5所述的一种瓦斯抽采负压管线泄漏检测方法，其特征在于，所述泄漏点的定位方法具体为：
其中，L2为泄漏点离管线末端的距离，t1为泄漏信号传输到首端的时间，t2为泄漏信号传输到末端再反射到首端的时间，v为已知的泄露信号传输速度。
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