CN114909174A - 一种用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统及方法，涉及采矿工程监测技术领域。方法包括将监测系统固定安装在深部采场内；对深部采场内进行填充，形成填充体；监测系统的传感光纤多维度实时测量填充体的应变和温度，数据采集仪将应变信息和温度信息收集记录并传输至上位机，上位机利用应变信息和温度信息计算出填充体的位移和形变。监测系统包括刚性支撑架和上位机，在深部采场外安装有数据采集仪，数据采集仪连接传感光纤，传感光纤设置在刚性支撑架上。在封闭采场中，传感光纤多维度实时测量填充体的应变、温度，根据应变和温度计算出位移和形变，实现了同时对充填体温度、位移量、变形进行多维度自动监测。
Description
技术领域
本发明涉及采矿工程监测技术领域，特别是指一种用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统与方法。
背景技术
矿产资源作为人类社会赖以生存的物质基础，也是国民经济可持续发展的重要保障。但随着浅层空间以及浅部矿产资源的不断枯竭，矿产资源勘探及开采工作逐渐由浅层转向深部。据不完全统计，未来十年以内，我国三分之一的地下金属矿山开采深度将达到或超过1000m。深部环境具有应力高、渗透压高和温度高的显著特点，导致深部开采亦面临岩爆、突水、热害和大变形垮冒等潜在安全风险。充填法因安全程度可靠、矿石损失率、贫化率低等优势必将在深部开采中发挥重要作用。
在充填法中，充填料浆可通过管道长距离运输至井下采空区，而后经水化反应形成充填体与周边围岩共同承载压力，从而控制地表沉陷。然而深部高应力、高渗透压及高温的环境特点会对充填体的性能产生较大的影响。有研究报道表明，如果持续升高温度，会对水泥的水化反应反而不利，起到抑制作用，使充填体强度降低，并发生变形破坏。而采空区充填体的变形破坏是直接反映上覆岩层控制好坏与地表变形的重要指标，因此准确测量采空区充填体的温度与变形显得特别重要与迫切。
公开号为CN109209501A发明专利公开了一种井下充填体温度分布式监测系统，在充填体中进行钻孔，后再把其监测装置置于钻孔内，在充填体低强度、高含水的环境条件下，钻孔容易发生塌孔，难以形成有效的监测空间，只能监测填充体的温度，不能监测充填体的变形，无法感知充填体的变形情况。公开号为CN102589763B的发明专利公开了一种充填体性能在线监测系统，通过井下监测分站连接的应变片，接收采集的应变数据。该系统忽略了对充填体温度的监测，从而影响充填体的性能。公开号为CN109441541B的发明专利公开了一种煤矿采空区充填体承载压缩率监测系统及其监测方法，该系统没有对充填体的温度和变形进行监测，无法感知充填体的变形情况。
发明内容
本发明提供了一种用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统及方法，现有的监测系统及方法具有以下问题，难以形成有效的监测空间，只能单独监测温度或应变，不能够同时监测温度和应变，不能感知充填体的变形情况。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：
一方面，本发明实施例提供一种用于深部进路式充填体多维度多参数监测方法，其所述方法包括：
将监测系统固定安装在深部采场内；
对深部采场内进行填充，填充完成，形成填充体；
监测系统的传感光纤多维度实时测量填充体的应变和温度，数据采集仪将应变信息和温度信息收集记录并传输至上位机，所述上位机利用应变信息和温度信息计算出所述填充体的位移和形变。
另一方面，本发明实施例提供一种用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统，所述监测系统应用在所述的用于深部进路式充填体多维度多参数监测方法中，所述监测系统包括：
刚性支撑架，在深部采场内固定安装有所述刚性支撑架，在所述深部采场外安装有所述数据采集仪，所述数据采集仪连接传感光纤，所述传感光纤安装在刚性支撑架上，传感光纤多维度实时测量填充体的应变和温度，数据采集仪收集记录所述填充体的应变和温度；上位机与所述数据采集仪通讯，上位机通过所述填充体的应变和温度计算出所述填充体的位移和形变。
优选地，所述传感光纤包括皮套管，在所述皮套管的内表面上贴设有OFDR分布式传感光纤。
优选地，在所述传感光纤上连接所述数据采集仪的端部设有ERE尾端反射消除器。
优选地，所述刚性支撑架包括刚性支撑杆，在所述刚性支撑杆上设置有光纤托盘，所述传感光纤设置在所述光纤托盘上。
优选地，在所述刚性支撑杆的底部安装有固定底座，所述固定底座安装在所述深部采场内。
优选地，在所述刚性支撑杆上设置有多个光纤托盘。
优选地，多个所述刚性支撑杆呈排列式布置在所述深部采场内。
优选地，所述固定底座通过固定螺杆和螺母安装在所述深部采场内。
优选地，所述刚性支撑杆呈两排三列式布置。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
上述方案中，本发明的监测系统与监测方法适用于进路式充填法，在深部采场还没有进行充之前，先将监测系统安装深部采场内，再深部采场进行填充，避免了钻孔容易坍塌的问题，形成了有效的监测空间；可在封闭采场中利用传感光纤多维度实时测量填充体的应变、温度，同时根据应变和温度计算出填充体的位移和形变，实现了同时对充填体温度、应变、位移量、变形进行多维度自动监测；监测系统与监测方法实现了数据采集、数据传输和数据计算的自动化和持续化监测，监测工作不再依赖现场人工采集，节省矿山的人力物力，有利于提高监测工作的安全性和效率。
附图说明
图1为安装有本发明的用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统的深部采场的结构示意图；
图2为本发明的用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统的安装结构示意图；
图3为本发明的用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统的结构示意图；
图4为本发明的数据采集仪的结构示意图；
图5为本发明的刚性支撑架的结构示意图；
图6为本发明的光纤托盘的立体图；
图7为本发明的光纤托盘的俯视图；
图8为本发明的光纤托盘的主视图；
图9为本发明的固定底座的立体图；
图10为本发明的固定底座的俯视图；
图11为本发明的固定底座的主视图；
图12为本发明的皮套管的结构示意图；
图13为本发明的用于深部进路式充填体多维度多参数监测方法的流程图。
附图标记：
1、充填挡墙；2、深部采场；3、数据采集仪；4、刚性支撑架；5、刚性支撑杆6、光纤托盘；7、皮套管；8、传感光纤；9、固定底座；10、ERE尾端反射消除器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
如图1～图12所示的，本发明实施例提供一种用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统，监测系统用于的用于深部进路式充填体多维度多参数监测方法中，监测系统包括刚性支撑架4，在深部采场2内固定安装有刚性支撑架4，位于深部采场2外安装有数据采集仪3，数据采集仪3连接传感光纤8，传感光纤8安装在刚性支撑架4上，传感光纤8多维度实时测量填充体的应变和温度，数据采集仪3收集记录填充体的应变和温度，并与上位机通讯，上位机通过填充体的应变和温度计算出填充体的位移和形变。
再如图3和图4所示的，本实施例，传感光纤8包括皮套管7，在所述皮套管7的内表面上贴设有OFDR分布式传感光纤8，OFDR分布式传感光纤分辨率高达1mm，温度测量范围在-50～300℃之间，不仅能多维度测量填充体的应变和温度分布，还可以通过测量到的应变和温度计算出填充体的位移和形变。在传感光纤8上连接数据采集仪3的端部设有ERE尾端反射消除器10，ERE尾端反射消除器10是用于OFDR分布式传感光纤测量应变和温度的辅助工具，两端FC/APC接头，长度20cm。ERE尾端反射消除器10通过KL-520光纤熔接机熔接至数据采集仪3上，可以消除传感光纤8尾端的高反射，减少干扰，提高测量稳定性和精确度。
再如图1～图12所示的，本实施的刚性支撑架4包括刚性支撑杆5、固定底座9和光纤托盘6，在刚性支撑杆5的底部安装有固定底座9，固定底座9安装在深部采场2内，具体地，刚性支撑杆5为空心钢管，固定底座9通过固定螺杆和螺母安装在深部采场2内，防止对深部采场2进行充填时刚性支撑架4发生倒塌；在刚性支撑杆5上设置有光纤托盘6，具体地，在刚性支撑杆5上设置有多个光纤托盘6；传感光纤8设置在光纤托盘6上，具体地，将传感光纤8固定在光纤托盘6上，以免滑落；ERE尾端反射消除器10、数据采集仪3和传感光纤8形成传感光纤回路。
进一步地，如图2和图3所示的，刚性支撑杆5可以设置成多个，多个刚性支撑杆5呈排列式布置在深部采场2内。优选，刚性支撑杆5呈两排三列式布置，每个刚性支撑杆5上设置有4个光纤托盘6，传感光纤8成蛇形布置在光纤托盘6上。
本实施的数据采集仪3与上位机网络通讯。
实施例二
如图13所示的，本发明实施例提供一种用于深部进路式充填体多维度多参数监测方法，其方法包括：
S100、将监测系统固定安装在深部采场2内；
S200、对深部采场2内进行填充，填充完成，形成填充体；
S300、监测系统的数据采集仪3多维度实时测量填充体的应变和温度，并将应变信息和温度信息传输至上位机，上位机利用应变信息和温度信息计算出填充体的位移和形变。
在步骤S100中，将刚性支撑杆5按照两排三列式布置在深部采场2内，利用固定螺杆和螺母将固定底座9固定安装在深部采场2底部，将传感光纤8固定在光纤托盘6上；在深部采场2外安装数据采集仪3，在数据采集仪3上安装有两个ERE尾端反射消除器10，两个ERE尾端反射消除器10分别连接传感光纤8的两端，传感光纤8呈蛇形固定在光纤托盘6上。
在步骤S200中，填充完成，填充体的外侧形成充填挡墙1，数据采集仪3位于充填挡墙1的外侧。
本发明的监测系统与监测方法适用于进路式充填法，在深部采场2还没有进行充之前，先将监测系统安装深部采场2内，再对深部采场2进行填充，避免了钻孔容易坍塌的问题，形成了有效的监测空间；可在封闭采场中利用传感光纤8多维度实时测量填充体的应变、温度，同时根据应变和温度计算出填充体的位移和形变，实现了同时对充填体温度、应变、位移量、变形进行多维度自动监测；监测系统与监测方法实现了数据采集、数据传输和数据计算的自动化和持续化监测，监测工作不再依赖现场人工采集，节省矿山的人力物力，有利于提高监测工作的安全性和效率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于深部进路式充填体多维度多参数监测方法，其特征在于，所述方法包括：
将监测系统固定安装在深部采场内；
对深部采场内进行填充，填充完成，形成填充体；
监测系统的传感光纤多维度实时测量填充体的应变和温度，数据采集仪将应变信息和温度信息收集记录并传输至上位机，所述上位机利用所述应变信息和所述温度信息计算出所述填充体的位移和形变。
2.一种用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统，其特征在于，所述监测系统用于如权利要求1所述的用于深部进路式充填体多维度多参数监测方法中，所述监测系统包括：
刚性支撑架，在深部采场内固定安装有所述刚性支撑架，在所述深部采场外安装有所述数据采集仪，所述数据采集仪连接传感光纤，所述传感光纤安装在刚性支撑架上，传感光纤多维度实时测量填充体的应变和温度，数据采集仪收集记录所述填充体的应变和温度；上位机与所述数据采集仪通讯，上位机通过所述填充体的应变和温度计算出所述填充体的位移和形变。
3.根据权利要求2所述的用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统，其特征在于，所述传感光纤包括皮套管，在所述皮套管的内表面上贴设有OFDR分布式传感光纤。
4.根据权利要求3所述的用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统，其特征在于，在所述传感光纤上连接所述数据采集仪的端部设有ERE尾端反射消除器。
5.根据权利要求3所述的用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统，其特征在于，所述刚性支撑架包括刚性支撑杆，在所述刚性支撑杆上设置有光纤托盘，所述传感光纤设置在所述光纤托盘上。
6.根据权利要求5所述的用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统，其特征在于，在所述刚性支撑杆的底部安装有固定底座，所述固定底座安装在所述深部采场内。
7.根据权利要求5所述的用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统，其特征在于，在所述刚性支撑杆上设置有多个光纤托盘。
8.根据权利要求5所述的用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统，其特征在于，多个所述刚性支撑杆呈排列式布置在所述深部采场内。
9.根据权利要求5所述的用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统，其特征在于，所述固定底座通过固定螺杆和螺母安装在所述深部采场内。
10.根据权利要求8所述的用于深部进路式充填体多维度多参数监测系统，其特征在于，所述刚性支撑杆呈两排三列式布置。
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