CN111521292A - 一种煤矿采空区温度监测系统及分布式光纤测温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤矿采空区温度监测系统及分布式光纤测温方法,涉及采煤技术领域,包括多模测温光缆、光纤分纤箱、传输光缆、光纤测温主机和上位机,所述多模测温光缆的一端分布在采煤工作面的上下顺槽及采空区内,所述多模测温光缆的另一端与光纤测温主机相连接,所述光纤测温主机与与上位机相连接。发明通过设置在工作面上下顺槽、工作面采空区内的多模测温光缆,经过光纤测温主机数据处理传输到上位机中,实现对这些重点监控区域温度的实时监测,通过上位机的显示、报警等功能,准确及时发现隐患,为煤矿采区防灭火措施提供有效数据支持。

Description

一种煤矿采空区温度监测系统及分布式光纤测温方法
技术领域
本发明涉及采煤技术技术领域,尤其涉及一种煤矿采空区温度监测系统及分布式光纤测温方法。
背景技术
随着煤矿的持续开采,长期以来煤炭自燃发火一直是威胁矿井安全生产的主要灾害之一,也是煤炭工作者重要的研究和防护工作之一。在煤炭回采的过程中形成大量的采空区域,采空区内温度的变化是采空区遗煤自燃防治工作中十分重要的参数,温度监测将对采空区自然发火的预警预报启动重要作用,掌握自然发火预警规律对没空采空区灾害监测和控制有着重要的意义。所以亟需一种煤矿采空区温度检测系统。
发明内容
本发明提出了一种煤矿采空区温度监测系统及分布式光纤测温方法。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种煤矿采空区温度监测系统,包括多模测温光缆、光纤分纤箱、传输光缆、光纤测温主机和上位机,所述多模测温光缆的一端分布在采煤工作面的上下顺槽及采空区内,所述多模测温光缆的另一端与光纤测温主机相连接,所述光纤测温主机与与上位机相连接。
进一步地,所述多模测温光缆包括设置在下顺槽中的下顺槽测温光缆、均匀分布在采空区内的工作面测温光缆和设置在下顺槽中的上顺槽测温光缆。
进一步地,所述工作面测温光缆经光缆盘并联在光纤分纤箱,光缆盘与液压支架固定连接,光纤分纤箱的另一端通过传输光缆与光纤测温主机相连接。
进一步地,所述下顺槽测温光缆和所述上顺槽测温光缆直接与光纤测温主机相连接。
进一步地,所述光纤测温主机通过交换机将数据传送给上位机。
进一步地,所述光纤测温主机包括主处理器,主处理器与脉冲驱动电路相连接,所述脉冲驱动电路与激光器相连接,激光器与波光复用器相连接,所述波光复用器与光电探测器相连接,所述光电探测器与放大器相连接,所述放大器与数据采集单元相连接,所述数据采集单元与主处理器相连接。
进一步地,所述主处理器还与声光报警单元相连接。
进一步地,所述主处理器还与上位机相连接。
进一步地,所述多模测温光缆外部套有弹簧护管。
一种分布式光纤测温方法,应用所述的煤矿采空区温度监测系统,通过煤矿工作面采空区及上下顺槽铺设的多模测温光缆对温度进行监测,将监测到的数据发送给光纤测温主机,经过光纤测温主机对监测到的温度进行处理,并将处理后的数据经煤矿环网传至调度室上位机中,上位机通过电子地图、报表和图形曲线的方式显示实时数据和历史数据。
本发明具有以下有益之处:本发明通过设置在工作面上下顺槽、工作面采空区内的多模测温光缆,经过光纤测温主机数据处理传输到上位机中,实现对这些重点监控区域温度的实时监测,通过上位机的显示、报警等功能,准确及时发现隐患,为煤矿采区防灭火措施提供有效数据支持。系统具有连续分布式温度监测、抗电磁干扰、光纤抗腐蚀、测量距离远、适于远程监控、灵敏度及测量精度高等无可比拟的优势。
附图说明
图1是本发明系统的整体结构示意图;
图2是多模测温光缆与弹簧护管布置示意图;
图3是光纤测温主机结构示意图。
图中:1、上位机;2、光纤测温主机;201、主处理器;202、脉冲驱动电路;203、激光器;204、波光复用器;205、光电探测器;206、放大器;207、数据采集单元;208、声光报警单元;3、多模测温光缆;3-1、下顺槽测温光缆;3-2、工作面测温光缆;3-3、上顺槽测温光缆;4、液压支架;5、光缆盘;6、光纤分纤箱;7、传输光缆;8、弹簧护管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1:
结合图1,一种煤矿采空区温度监测系统,包括多模测温光缆3、光纤分纤箱6、传输光缆7、光纤测温主机2和上位机1,所述多模测温光缆3的一端分布在采煤工作面的上下顺槽及采空区内,所述多模测温光缆3的另一端与光纤测温主机2相连接,所述光纤测温主机2与与上位机1相连接。
所述多模测温光缆3包括设置在下顺槽中的下顺槽测温光缆3-1、均匀分布在采空区内的工作面测温光缆3-2和设置在下顺槽中的上顺槽测温光缆3-3。
所述工作面测温光缆3-2经光缆盘5并联在光纤分纤箱6,光缆盘5与液压支架4固定连接,光纤分纤箱6的另一端通过传输光缆7与光纤测温主机2相连接。
所述下顺槽测温光缆3-1和所述上顺槽测温光缆3-3直接与光纤测温主机2相连接。
所述光纤测温主机2通过交换机将数据传送给上位机1。
工作面测温光缆3-2经光缆盘5并联在光纤分纤箱6,光缆盘5与液压支架4固定连接,起到缠绕光缆的作用,光纤分纤箱6的另一端连接传输光缆7。光纤测温主机2可设置在采区变电所内,下顺槽测温光缆3-1、上顺槽测温光缆3-3直接与光纤测温主机2相连,工作面测温光缆3-2通过传输光缆7与光纤测温主机2相连,光纤测温主机2分析处理多模测温光缆3传输的信号,并将处理数据经交换机传至上位机1中。所述交换机包括井上交换机和井下交换机,所述井下交换机与所述井上交换机通过通讯光缆相连接,所述井上交换机与上位机1相连接,所述井下交换机与光纤测温主机2相连接。所述的上位机11位于地面调度室内,使用方便,简单有效。
所述的多模测温光缆3具有优良的热传导特性、机械性能、防水性能及抗腐蚀特性。可分为上顺槽测温光缆3-3、下顺槽测温光缆3-1、工作面测温光缆3-2,其中工作面测温光缆3-2均匀分布在采空区内,可根据需要增加或减少检测线路的数量。工作面测温光缆3-2随着液压支架4的推进及时铺设在采空区中。参照图2,所述多模测温光缆3外部套有弹簧护管8。多模测温光缆3在铺设时为防止顶板顶板垮落砸断光缆,将光缆入弹簧护管8中再进行铺设。若因采空区顶板垮落出现多模测温光缆3断裂的情况,将多模测温光缆3在液压支架4后方剪断,将光缆盘5上的多模测温光缆3从支架后方拉到上顺槽重新接入光纤分纤箱6继续测量;使得原多模测温光缆3变成两个新的测温光缆,使得采空区内的温度测量保持完整。,
所述工作面测温光缆3-2并联于光纤分纤箱6中,再通过传输光缆7连接到光纤测温主机2上;传输光缆7、上顺槽测温光缆3-3、下顺槽测温光缆3-1分别与光纤测温主机2之间建立并联设置,定位精度高,可准确定位异常温度点。
参照图3,所述光纤测温主机2包括主处理器201,主处理器201与脉冲驱动电路202相连接,所述脉冲驱动电路202与激光器203相连接,激光器203与波光复用器204相连接,所述波光复用器204与光电探测器205相连接,所述光电探测器205与放大器206相连接,所述放大器206与数据采集单元207相连接,所述数据采集单元207与主处理器201相连接。所述主处理器201还与声光报警单元208相连接。所述主处理器201还与上位机1相连接。
主处理器201发出信号到脉冲驱动电路202,脉冲驱动电路202促使激光器203产生光脉冲信号,经波分复用器进入测温光纤,光脉冲信号在测温光纤中发生拉曼散射,波分复用器再将携带温度信息的反斯托克光和作为参考信号的斯托克光过滤出来,过滤出来的光经光电探测器205和放大器206转换为模拟电信号,由数据采集单元207进行高速数据采样并转换为数字信号,传送到主处理器201,最终对其进行处理和温度解调,实现数据的显示和控制声光报警单元208。
本发明具有以下功能:
(1)显示功能:上位机1能通过电子地图、报表和图形曲线的方式显示实时数据和历史数据。
(2)报警功能:具有定温报警(设定最大温度/最低温度)、差温报警(温升速率报警)、光纤破坏报警、装置异常等报警功能;必要时可想有关人员收集发出报警信号。
(3)数据存储和查询功能:可通过数据查询功能查询设定条件现的历史数据。
(4)打印功能:系统具有对数据报表和图形曲线打印的功能。
在测量采空区的温度时,分布式光纤测温仪以一定频率向井下测温光缆发出矩形脉冲光,并实时检测测温光缆中反射回来的反斯托克斯光强度;计算机模块根据反斯托克斯光强度对采空区的温度进行分析处理;当计算机得出的温度值超过计算机模块预设高温报警临界值时,计算机模块发出报警信号;便于实时监测采空区的温度,实现及时煤自燃灾害预警,把握最佳灾害治理时机。
通过煤矿工作面采空区及上下顺槽铺设的多模测温光缆3对温度进行监测,将监测到的数据发送给光纤测温主机2,经过光纤测温主机2对监测到的温度进行处理,并将处理后的数据经煤矿环网传至调度室上位机1中,上位机1通过电子地图、报表和图形曲线的方式显示实时数据和历史数据。系统具有定温报警(设定最大温度/最低温度)、差温报警(温升速率报警)、光纤破坏报警、装置异常等报警功能;必要时可想有关人员收集发出报警信号。系统具有连续分布式温度监测、抗电磁干扰、光纤抗腐蚀、测量距离远、适于远程监控、灵敏度及测量精度高等无可比拟的优势。
所述的光纤测温主机2配有UPS不间断电源,当井下电网停电后,保证对采空区进行持续监控。
实施例2:
一种分布式光纤测温方法,通过煤矿工作面采空区及上下顺槽铺设的多模测温光缆3对温度进行监测,将监测到的数据发送给光纤测温主机2,经过光纤测温主机2对监测到的温度进行处理,并将处理后的数据经煤矿环网传至调度室上位机1中,上位机1通过电子地图、报表和图形曲线的方式显示实时数据和历史数据。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤矿采空区温度监测系统,其特征在于:包括多模测温光缆(3)、光纤分纤箱(6)、传输光缆(7)、光纤测温主机(2)和上位机(1),所述多模测温光缆(3)的一端分布在采煤工作面的上下顺槽及采空区内,所述多模测温光缆(3)的另一端与光纤测温主机(2)相连接,所述光纤测温主机(2)与与上位机(1)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿采空区温度监测系统,其特征在于,所述多模测温光缆(3)包括设置在下顺槽中的下顺槽测温光缆(3-1)、均匀分布在采空区内的工作面测温光缆(3-2)和设置在下顺槽中的上顺槽测温光缆(3-3)。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿采空区温度监测系统,其特征在于,所述工作面测温光缆(3-2)经光缆盘(5)并联在光纤分纤箱(6),光缆盘(5)与液压支架(4)固定连接,光纤分纤箱(6)的另一端通过传输光缆(7)与光纤测温主机(2)相连接。
4.根据权利要求2所述的一种煤矿采空区温度监测系统,其特征在于,所述下顺槽测温光缆(3-1)和所述上顺槽测温光缆(3-3)直接与光纤测温主机(2)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿采空区温度监测系统,其特征在于,所述光纤测温主机(2)通过交换机将数据传送给上位机(1)。
6.根据权利要求1或5中任意一条所述的一种煤矿采空区温度监测系统,其特征在于,所述光纤测温主机(2)包括主处理器(201),主处理器(201)与脉冲驱动电路(202)相连接,所述脉冲驱动电路(202)与激光器(203)相连接,激光器(203)与波光复用器(204)相连接,所述波光复用器(204)与光电探测器(205)相连接,所述光电探测器(205)与放大器(206)相连接,所述放大器(206)与数据采集单元(207)相连接,所述数据采集单元(207)与主处理器(201)相连接。
7.根据权利要求6所述的一种煤矿采空区温度监测系统,其特征在于,所述主处理器(201)还与声光报警单元(208)相连接。
8.根据权利要求6所述的一种煤矿采空区温度监测系统,其特征在于,所述主处理器(201)还与上位机(1)相连接。
9.根据权利要求1所述的一种煤矿采空区温度监测系统,其特征在于,所述多模测温光缆(3)外部套有弹簧护管(8)。
10.一种分布式光纤测温方法,其特征在于:应用权利要求1-9中任意一条所述的煤矿采空区温度监测系统,通过煤矿工作面采空区及上下顺槽铺设的多模测温光缆(3)对温度进行监测,将监测到的数据发送给光纤测温主机(2),经过光纤测温主机(2)对监测到的温度进行处理,并将处理后的数据经煤矿环网传至调度室上位机(1)中,上位机(1)通过电子地图、报表和图形曲线的方式显示实时数据和历史数据。
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