CN113417699A - 一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统及使用方法 - Google Patents
一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统及使用方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113417699A CN113417699A CN202110682749.9A CN202110682749A CN113417699A CN 113417699 A CN113417699 A CN 113417699A CN 202110682749 A CN202110682749 A CN 202110682749A CN 113417699 A CN113417699 A CN 113417699A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- data
- coal mine
- composite
- alarm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 81
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 19
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 19
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 3
- 230000006855 networking Effects 0.000 claims description 3
- 238000012800 visualization Methods 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 206010000369 Accident Diseases 0.000 description 1
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011012 sanitization Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
- E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Emergency Alarm Devices (AREA)
- Alarm Systems (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统及使用方法。本系统由：本地网络服务器、计算机处理中心、复合调制解调仪器、数据存储中心、报警装置、Web云服务器、手机客户端、光开关、传感光纤和传输光纤组成，监测对象包括：锚杆应力应变、顶板离层、液压支架压力、微震加速度、瓦斯浓度和井下工作面温度等，每个监测对象至少布设一条分布式传感光纤进行监测。本发明分布式光纤动态监测系统克服了传统点式监测存在漏检的缺陷，可以对沿光纤几何路径分布的外部物理参量进行连续的测量，同时获取被测物理参量的空间分布和随时间的变化信息，能够有效的对煤矿开采过程中的复合灾害进行监测，对煤矿事故预防提供有效的数据支持。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿安全监测领域，具体涉及一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统及使用方法。
背景技术
煤炭是我国的主要消费能源，我国也是煤矿事故发生较为频繁的国家之一，近年来，随着开采深度的不断增加，岩层的压力增大、围岩变形速度快、工作面空间矿压显现剧烈、支撑压力过大导致支架严重损坏等极易诱发煤矿灾害，如瓦斯与煤尘爆炸、水灾、火灾、冲击地压等，其中一种灾害的发生可能诱使几种灾害同时发生，直接影响到开采过程中的人身财产安全。因此，对煤矿开采中复合灾害的监测非常重要。
目前，市场上传统的煤矿安全监测系统价格昂贵，且具有以下缺点：1、易受电磁和外界环境干扰，精度低；2、不防潮，可靠性低，不能满足长期动态监测的要求；3、不适用于高瓦斯浓度矿井；4、不同监测对象之间所用设备不同不能组成监测系统且安装维护不方便。
分布式光纤传感技术在20世纪80年代随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，光纤传输具有抗电磁干扰能力强、无源传输、本质安全等特点。本发明分布式光纤传感监测系统以光为载体、光纤为媒介、感知和传递外界被测量信号，可以对沿光纤几何路径分布的外部物理参量进行实时的测量，同时获取被测物理参量的空间分布和随时间的变化信息，有更高的灵敏度和空间分辨率能够有效的监测煤矿开采过程被监测目标物理量的变化，为煤矿安全生产提供有力的数据支持。
发明内容
发明本发明提供了一种煤矿复合灾害监测系统及使用方法，用传感光纤实现井下复合灾害动态监测为煤矿安全生产提供有力的数据支持，以克服现有技术存在的不足。
技术方案：一种煤矿复合灾害动态监测系统，包括：
传感光纤，传感光纤感测区间隔为0.5m；
复合调制解调仪器，复合调制解调仪器包括：温度、应力应变、位移、压力、加速度和瓦斯浓度等数据的解调与传输；
计算机处理中心，计算机处理中心内置数据处理软件并有如下功能：
①可视化功能：显示全程分区图，数据以图像、图表的形式实时显示；
②报警功能：断纤时会自动报警，监测数据大于设定的阈值时会自动报警；
③查询功能：历史数据的查询、根据编号信息可在系统图上直接查询监测数据、监测位置等；
④多系统组网功能：系统采用网络接口进行数据通信，具有良好的兼容性，可扩展至多台解调设备同时监控，组成全煤矿煤矿复合灾害动态监测系统。
动态监测可以实时获取被监测对象的物理量随时间的变化量。
复合调制解调仪器通过RJ45网口共同接入到计算机处理中心。
一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤1，在锚杆、巷道顶板、液压支架、巷道两侧围岩和综采区等区域布设传感光纤并编号，实时感知和传递外界被测目标物理量的变化；
步骤2，不同传感光纤采集的数据通过传输光纤传输到光开关，通过光开关自动切换控制监测线路，复合调制解调仪器将传感光纤采集到的光信号解调为所需要的温度、应力、位移、加速度等参数；
步骤3，复合调制解调仪器向井下光纤发射单脉冲光信号，当监测对象的外界环境改变时会造成光波的频移，并接收反射回来的光信号；
步骤4，复合调制解调仪器解调出的数据经计算机处理中心内置的软件处理后以图像、图表的形式显示并将数据存储到数据存储中心和上传到Web云服务器；
步骤5，报警装置和计算机处理中心连接，计算机处理中心实时传输的数据和设置的阈值进行比较若大于阈值报警装置会自动发出警报；
步骤6，手机用户通过客户端访问Web云服务器观察实时和历史数据；
步骤7，将监测的实时数据与存储中心的数据进行对比分析和对存储中心的数据进行趋势分析，对煤矿复合灾害进行预防。
传感光纤按一定的拓扑结构布置能实现对监测对象整个平面的监测，提高监测数据的可靠性。
报警装置安装在地面和井下，计算机处理软件得到的实时数据大于设置的阈值时第一时间发出警报并精确定位报警地点、报警类型，提醒井上工作人员及时作出应对方案、井下工作人员迅速撤离并及时对报警位置处理，进而确保煤矿人员财产安全。
进一步，监测的对象包括：锚杆的应力应变、顶板离层、液压支架压力、瓦斯浓度、加速度和工作面温度等，每一监测目标至少布置一条分布式传感光纤，进行煤矿复合灾害监测。
再者，所述的锚杆应力应变监测传感光纤安装在支护巷道的锚杆上，用来监测煤矿开采过程中锚杆支护的稳定性及巷道周围岩层的应力状况，预防巷道围岩大面积垮落灾害的发生；
所述的顶板离层监测传感光纤安装在巷道顶板表面，用来监测巷道顶板的变形，应力状况并根据应力的大小预测顶板的离层情况，预防巷道顶板大面积垮落灾害的发生；
所述的液压支架压力监测传感光纤安装在工作面的液压支架上，用来监测液压支架的受力，预防液压支架受力过大损坏并导致工作面顶板垮落灾害的发生；
所述的瓦斯浓度监测传感光纤安装在工作面内，用来监测开采过程中的瓦斯浓度，预防瓦斯浓度过高导致井下工作人员窒息和爆炸的发生；
所述的震动加速度监测传感光纤安装在工作面和巷道的围岩表面，用来对开采过程中可能产生冲击地压的区域进行监测，预防冲击地压发生；
所述的温度监测传感光纤安装在工作面，用来监测井下工作面的温度，预防井下火灾事故的发生。
有益效果：本发明创造性的利用分布式光纤对煤矿复合灾害监测，对井下温度、锚杆应力应变、防水煤柱压力、顶板离层、液压支架压力、震动加速度进行在线动态监测实时获取监测对象的参数，各监测传感光纤组成煤矿复合灾害监测系统，确保煤矿安全高效生产。
附图说明
图1是本发明分布式光纤煤矿复合灾害监测整体示意图；
图2是本发明分布式光纤复合灾害监测方法流程图；
图3是本发明顶板离层监测固定装置示意图；
图中：1、装置固定杆；2、光纤固定支座；3、光纤固定槽；4、可伸缩连接杆。
具体实施方式
下面结合附图及实施案例对本发明做进一步说明：
如图1为系统整体布置结构示意图，包括：本地网络服务器、计算机处理中心、复合调制解调仪器、数据存储中心、报警装置、Web云服务器、手机客户端组成、光开关、传感光纤、传输光纤和监测对象。
本发明公开了一种煤矿复合灾害分布式光纤在线动态监测系统的使用方法，包括如下步骤：
步骤1，在锚杆、巷道顶板、液压支架和工作面等区域布设传感光纤并编号，实时感知和传递外界被测量信号并传输。
步骤2，不同传感光纤采集的数据通过通讯光纤传输到光开关，通过光开关自动切换控制监测线路，复合调制解调仪器将传感光纤采集到的光信号解调为所需要的温度、应力、位移、加速度等参数。
步骤3，复合调制解调仪器向井下光纤发射单脉冲光信号，当监测对象的外界环境改变时会造成光波的频移，并接收反射回来的光信号。
步骤4，复合调制解调仪器解调出的数据经计算机处理中心内置的软件处理后以图像、图表的形式显示并将数据存储到数据存储中心和上传到Web云服务器。
步骤5，报警装置和计算机处理中心连接，计算机处理中心实时传输的数据和设置阈值进行比较若大于阈值报警装置会自动发出警报。
步骤6，手机用户通过客户端访问Web云服务器观察实时和历史数据。
步骤7，将监测的实时数据和存储中心的数据进行对比分析和对存储中心的数据进行趋势分析，对煤矿复合灾害进行预防。
本实施例中，锚杆应力应变传感光纤安装在支护巷道的锚杆上，在锚杆表面沿杆长方向开设有凹槽并打磨清洗干净，将传感光纤固定在凹槽内打入巷道周围的围岩内，可以获取整根锚杆不同部位的变形及锚杆周围围岩的应力情况，用来监测煤矿开采过程中锚杆支护的稳定性及巷道周围岩层的应力状况，防止出现大面积围岩垮落事故。
如图3，采用固定装置将光纤固定在巷道顶板表面，将装置固定杆1固定在巷道顶板，传感光纤放入光纤槽3中，通过移动可伸缩连接杆4将光纤固定支座紧密贴合在一起。开采深度浅的煤矿可以区域性监测巷道支护薄弱点和围岩应力集中区域，深部开采的煤矿由于巷道围岩的自重应力和构造应力的增大，可以按一定的二维拓扑图布置传感光纤对顶板实时监测，确保巷道顶板的安全，防止出现顶板垮落事故。
液压支架压力传感光纤安装在工作面的液压支架上，在液压支架主横梁下表面和底座上表面安装两条传感光纤，安装时将液压支架与传感光纤接触部位清理干净后用卡夫特胶水将光纤粘贴在液压支架上，两个液压支架之间预留一段光纤供移动液压支架时不会使光纤断裂，实时监测开采过程中液压支架受力情况，防止液压支架受力较大导致损坏。
瓦斯浓度传感光纤和温度监测传感光纤安装在工作面内，使用固定装置将传感光纤悬空只感受瓦斯浓度和温度的变化，用来监测开采过程中瓦斯浓度、井下温度，防止瓦斯浓度和温度过高导致井下工作人员窒息和爆炸的发生。
加速度传感光纤主要安装在巷道和工作面围岩两侧，使用固定装置将传感光纤安装在围岩的表面，通过加速度大小判断振动的频率，确定微震发生的时间、位置、频次等参数，确定煤岩体内破裂情况和应力集中情况，为及时卸压解危提供指导。
通过上述的方法对煤矿进行多目标监测，以光纤为信号传输介质和传感介质，实现对沿光纤几何路径分布的外部物理参量进行连续的测量，同时获取被测物理参量的空间分布和随时间的变化信息，实现煤矿复合灾害实时监测系统，并具有预警及预报功能，煤矿工人和领导通过手机客户端访问Web云端第一时间了解井下安全和生产状态，确保煤矿安全高效生产。
Claims (6)
1.一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统，其主要特征在于：包括：
传感光纤，其感测区间隔为0.5m；
复合调制解调仪器，其包括：温度、应力应变、位移、压力、加速度和瓦斯浓度等数据的解调与传输；
计算机处理中心，其内置数据处理软件并有如下功能：可视化功能、报警功能、查询功能、多系统组网功能；
根据权利要求1所述的一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统，其特征在于：动态监测可以实时获取被监测对象物理量随时间的变化量。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统，其特征在于：复合调制解调仪器通过RJ45网口共同接入到计算机处理中心。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统，其特征在于：所述的计算机处理中心，其内置数据处理软件并有如下功能：
①可视化功能：显示全程分区图，数据以图像、图表的形式实时显示；
②报警功能：断纤时会自动报警，监测数据大于设定的阈值时会自动报警；
③查询功能：历史数据的查询、根据编号信息可在系统图上直接查询监测数据、监测位置等；
④多系统组网功能：系统采用网络接口进行数据通信，具有良好的兼容性，可扩展至多台解调设备同时监控，组成全煤矿煤矿复合灾害动态监测系统。
4.一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，在锚杆、巷道顶板、液压支架、巷道两侧围岩和综采区等区域布设传感光纤并编号，实时感知和传递外界被测目标物理量的变化；
步骤2，不同传感光纤采集的数据通过传输光纤传输到光开关，通过光开关自动切换控制监测线路，复合调制解调仪器将传感光纤采集到的光信号解调为所需要的温度、应力、位移、加速度等方便分析的电信号；
步骤3，复合调制解调仪器向井下光纤发射单脉冲光信号，当监测对象的外界环境改变时会造成光波的频移，并接收反射回来的光信号；
步骤4，复合调制解调仪器解调出的数据经计算机处理中心内置的软件处理后以图像、图表的形式显示并将数据存储到数据存储中心和上传到Web云服务器；
步骤5，报警装置和计算机处理中心连接，计算机处理中心实时传输的数据和设置的阈值进行比较若大于阈值报警装置会自动发出警报；
步骤6，手机用过通过客户端访问Web云服务器观察实时和历史数据；
步骤7，将监测的实时数据与存储中心的数据进行对比分析和对存储中心的数据进行趋势分析，对煤矿复合灾害进行预防。
5.根据权利要求4所述的一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统的使用方法，其特征在于：所述的传感光纤按一定的拓扑结构布置能实现对监测对象整个平面的监测，提高监测数据的可靠性。
6.根据权利要求4所述的一种基于煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统的使用方法，其特征在于：所述的报警装置安装在地面和井下，计算机处理软件得到的实时数据大于设置的阈值时第一时间发出警报并精确定位报警地点、报警类型，提醒井上工作人员及时作出应对方案、井下工作人员迅速撤离并及时对报警位置处理，进而确保煤矿人员财产安全。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110682749.9A CN113417699A (zh) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | 一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统及使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110682749.9A CN113417699A (zh) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | 一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统及使用方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113417699A true CN113417699A (zh) | 2021-09-21 |
Family
ID=77789361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110682749.9A Pending CN113417699A (zh) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | 一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统及使用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113417699A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113985482A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-28 | 西安科技大学 | 基于煤矿井下通讯光缆的矿震震源定位方法 |
| CN114320470A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-12 | 淮南市阶梯电子科技有限公司 | 一种煤矿井道电气安全监控系统及方法 |
| CN115079166A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-09-20 | 南京隼眼电子科技有限公司 | 毫米波雷达灾害监测方法、系统和电子设备 |
-
2021
- 2021-08-23 CN CN202110682749.9A patent/CN113417699A/zh active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113985482A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-28 | 西安科技大学 | 基于煤矿井下通讯光缆的矿震震源定位方法 |
| CN113985482B (zh) * | 2021-10-28 | 2023-11-03 | 西安科技大学 | 基于煤矿井下通讯光缆的矿震震源定位方法 |
| CN114320470A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-12 | 淮南市阶梯电子科技有限公司 | 一种煤矿井道电气安全监控系统及方法 |
| CN114320470B (zh) * | 2021-12-28 | 2024-05-28 | 淮南市阶梯电子科技有限公司 | 一种煤矿井道电气安全监控系统及方法 |
| CN115079166A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-09-20 | 南京隼眼电子科技有限公司 | 毫米波雷达灾害监测方法、系统和电子设备 |
| CN115079166B (zh) * | 2022-07-27 | 2022-11-01 | 南京隼眼电子科技有限公司 | 毫米波雷达灾害监测方法、系统和电子设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113417699A (zh) | 一种煤矿复合灾害分布式光纤动态监测系统及使用方法 | |
| AU2017204543B2 (en) | System for dynamically monitoring roadway roof separation based on fibre grating and pre-warning method | |
| CN103670516B (zh) | 一种岩爆灾害微震监测预警关键点的识别方法 | |
| CN105116440B (zh) | 一种边坡岩体监测系统及监测方法 | |
| CN106846736A (zh) | 一种山体滑坡地质灾害监测的传感器系统 | |
| CN111208555B (zh) | 地下煤火危险声波主被动探测及定位方法 | |
| CN104484987A (zh) | 煤矿工作面顶板安全实时动态无线监测装置及方法 | |
| CN111648826A (zh) | 一种煤矿冲击地压预测预警系统及方法 | |
| CN106150554B (zh) | 一种基于地层施工的电气通信检测预警系统 | |
| CN109405880A (zh) | 一种浅部采空区地表与地下相结合监测预警系统及方法 | |
| CN111691921A (zh) | 一种基于支架阻力监测的冲击地压在线监测系统及监测方法 | |
| CN203531962U (zh) | 采空区温度场分布式光纤监测预警系统 | |
| CN104834012A (zh) | 矿井顶板突水的电磁辐射监测预警方法 | |
| CN213598023U (zh) | 一种煤矿巷道多方位应力与形变无线监测预警系统 | |
| CN114635754A (zh) | 基于温度梯度的冲击地压/岩爆危险性预警评价方法 | |
| CN205015487U (zh) | 一种边坡岩体监测系统 | |
| Eberhardt et al. | Landslide monitoring: The role of investigative monitoring to improve understanding and early warning of failure | |
| CN113639849A (zh) | 基于固有振动频率的隧道围岩块体垮塌监测方法及系统 | |
| CN103777235B (zh) | 一种分层开挖深埋硬岩隧道微震监测传感器布置方法 | |
| CN112505746A (zh) | 一种基于隧道钻爆施工的探测系统及其对应方法 | |
| CN111272874A (zh) | 一种巷道冒顶隐患自动检测装置 | |
| CN203822380U (zh) | 一种矿用预警装置 | |
| CN203849835U (zh) | 无线数据采集控制系统 | |
| Dawn | Technologies of ground support monitoring in block caving operations | |
| CN114596692A (zh) | 一种地下铁道、管廊保护区结构监测预警应急系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |