CN204128712U - 一种采空区分布式感温光纤火灾预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采空区分布式感温光纤火灾预警系统，其特征在于，包括感温光纤分布模块，光电信息转换模块与信号处理预警模块；所述感温光纤分布模块设于采空区内，并随着采煤工作面的推进方向进行移动，将因外界温度变化而产生的光信号传递给光电信息转换模块；所述光电信息转换模块与感温光纤分布模块通过光纤的方式互相通讯连接并将光信号转换为电信号；所述信号处理预警模块通过电连接的方式与光电信息转换模块相连。本实用新型利用分布式光纤感温技术对煤矿井下采空区进行实时的温度监测，以达到预防矿井火灾发生，保障了井下生命财产安全。

Description

一种采空区分布式感温光纤火灾预警系统

技术领域

本实用新型尤其涉及一种采空区分布式感温光纤火灾预警系统。

背景技术

在对煤矿开采过程中，采空区常常给煤矿的正常生产带来危害。由于在煤矿开采过程中采空区存在大量的遗留的浮煤，浮煤的存在为煤矿自燃提供了物资条件。煤矿自燃严重威胁着煤矿的安全生产、限制着煤矿的生产，而采空区煤矿自燃在煤矿自燃发生总体中占有重要的部分，我国国有重点煤矿中采空区煤矿自燃占自燃火灾的60％，因此加强对采空区自燃的预防可以有效的控制煤矿火灾的发生。

目前，对煤矿火灾的监测方法主要有电阻率法气体探测法，红外探测法和自然温度探测法等，但都存在一定的弊端，无法很好满足井下火灾预测需求。而感温光纤技术作为一种新型的矿用测温技术，集传感和传输与一体，光纤即是感应器又是信号传输通道。系统利用光纤所处空间温度场对光纤中的向后散射光信号进行调研，再经过信号调解、采集和处理将温度信息实时显示出来。分布式光纤感温系统中的检测光纤具有不带电、抗射频和电磁干扰，防燃、防爆、抗腐蚀、耐高压和强电磁场、耐电离辐射等优点，在很多高温、高热等恶劣环境下具有特殊优势，能在煤矿采空区等有害环境中安全运行。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种采空区分布式感温光纤火灾预警系统，利用分布式光纤感温技术对煤矿井下采空区进行实时的温度监测，以达到预防矿井火灾发生，保障了井下生命财产安全。

为了解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：一种采空区分布式感温光纤火灾预警系统，其特征在于，包括感温光纤分布模块，光电信息转换模块与信号处理预警模块；所述感温光纤分布模块设于采空区内，并随着采煤工作面的推进方向进行移动，将因外界温度变化而产生的光信号传递给光电信息转换模块；所述光电信息转换模块与感温光纤分布模块通过光纤的方式互相通讯连接并将光信号转换为电信号；所述信号处理预警模块通过电连接的方式与光电信息转换模块相连。

进一步的，所述感温光纤分布模块包括感温光纤与温度传感器。

进一步的，所述光电信息转换模块包括激光器，激光控制器，波分复用器，光电装换器与信号增益器，激光控制器激活控制激光器产生激光信号，经过波分复用器传入感温光纤中，再经过光电转换器将感温光纤传递过来的反映温度变化情况的光信号转换成电信号，并通过信号增益器进行信号的增益，最后将电信号再传递给信号处理预警模块。

进一步的，所述信号处理预警模块包括数据采集器，信号处理装置与报警输出器，信号处理预警模块将从光电信息转换模块获取的增益后的电信号经过数据采集器进行收集汇总，再由信号处理装置进行数据处理，得出采空区的温度大小和速率变化情况，然后将信息反馈给报警器输出器，一旦温度超过限值，就会发出相应的报警信息。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本发明基于感温光纤技术，并通过光电信号的转换和信息处理，可以对采空区内进行面积广泛的温度实时监测和火灾预警，系统安全指数高、稳定性能好，可以在煤矿井下的恶劣环境下长时间正常运行，耐高压和强磁场、防爆、防潮和防腐蚀，光纤本身不带电没有安全隐患，并且温度的测量精度比较高，可以克服井下空间的限制，进行长距离的信号传输，能够准确反映采空区的温度变化情况，进行及时的火灾提前预警，防范于未然，有效满足煤矿井下安全生产的需要，降低火灾事故的发生率。

附图说明

图1为本实用新型的采空区感温光纤分布示意图；

图2为本实用新型的光电信息转换模块原理示意图；

图3为本实用新型的信号处理预警模块原理示意图；

图中：1为采空区，2为感温光纤，3为开切眼，4为工作面，5为激光器，6为波分复用器，7为光电转换器，8为信号增益器，9为激光控制器，10为数据采集器，11为信号处理器，12为存储器，13为报警装置，14为消防装置，15为显示器。

具体实施方式

下面对本实用新型做进一步说明：

一种采空区分布式感温光纤火灾预警系统，系统主要包括三个模块，分别是感温光纤分布模块，光电信息转换模块，以及信号处理预警模块。感温光纤分布模块包括光纤的构成及其分布方式，该部分埋设于采空区1内，并随着采煤工作面的推进方向进行移动，将因外界温度变化而产生的光信号传递给光电信息转换模块。光电信息转换模块包括激光器5，激光控制器9，波分复用器6，光电装换器7和信号增益器8，此部分通过激光器5产生激光信号，经过波分复用器6传入感温光纤2中，再经过光电转换器7将感温光纤2传递过来的反映温度变化情况的光信号转换成电信号，并通过信号增益器8进行信号的增益，最后将电信号再传递给信号处理预警模块。信号处理预警模块由数据采集器10，信号处理装置，和报警输出器组成，增益后的电信号经过数据采集器进行收集汇总，在由信号处理装置进行数据处理，得出采空区的温度大小和速率变化情况，然后将信息反馈给报警器，一旦温度超过限值，就会发出相应的报警信息。

参见图1，图1为本发明的采空区感温光纤分布示意图。由图中可以看出采空区1位于开切眼3和工作面4之间，其中要求在采空区1内铺设的感温光纤2能够对火灾危险区域进行全方位覆盖监测，不能出现监测死角，且有利于火源位置的准确定位。感温光纤2的铺设应保证在对采空区1进行连续监测的同时不影响工作面4的正常生产和推进。

感温光纤2需采用可自然弯曲，耐高压，耐强拉的铠装光纤，以保证不受井下突发事故的破坏。

感温光纤2的分布方式可采用在采空区内呈“V”字形布置，以增大测温的范围，且需要沿工作面4推进方向预置部分光纤，以保证光纤能够随着液压支架的移动自动埋入采空区1。

参见图2，图2为本发明的光电信息转换模块原理示意图。由激光控制器9控制激光器5发出激光信号，经波分复用器6处理后传入感温光纤2中。入射光与感温光纤2中的SiO2分子发生相互碰撞后生成不同于入射光频率的光(斯托克斯光、反斯托克斯光)和同于入射光频率的光(瑞利散射光)。利用波分复用器6将后向散射光中的斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光从瑞利散射光、布里渊斯托克斯和反斯托克斯散射光中分离出来，再经过光电转换器7将反应采空区1的温度变化情况的斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光信号转换成电信号并利用信号增益器8进行增益，增益后的信号通过同轴电缆送到信号处理预警模块。

感温光纤作为一种新型矿用温度传感器，可以实时、连续监测，能够持续的获得光纤沿途的温度信息，并将测量的温度信息以接近光速进行传递。所述的光纤火灾预警系统是利用分布式拉曼散射光纤测温原理和光时域反射(OTDR)技术进行光信号的计算与监测。

参见图3，图3为本发明的信号处理预警模块原理示意图。通过信号采集器10对信号进行采集和处理，接着传输到信号处理器11中，利用其中的预置程序进行数据处理，得出采空区1中的温度大小和温升速率变化情况，并自动将数据储存在存储器12中以方便进一步的传输使用，并及时在显示器15中显示出来。当采空区1内的温度超过预设的煤炭自然火灾报警阀值，自动启动报警装置13和消防装置14，对可能出现的矿井火灾采取及时有效的预防措施。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种采空区分布式感温光纤火灾预警系统，其特征在于，包括感温光纤分布模块，光电信息转换模块与信号处理预警模块；所述感温光纤分布模块设于采空区内，并随着采煤工作面的推进方向进行移动，将因外界温度变化而产生的光信号传递给光电信息转换模块；所述光电信息转换模块与感温光纤分布模块通过光纤的方式互相通讯连接并将光信号转换为电信号；所述信号处理预警模块通过电连接的方式与光电信息转换模块相连。

2.根据权利要求1所述的采空区分布式感温光纤火灾预警系统，其特征在于，感温光纤分布模块包括感温光纤与温度传感器。

3.根据权利要求1所述的采空区分布式感温光纤火灾预警系统，其特征在于，所述光电信息转换模块包括激光器，激光控制器，波分复用器，光电装换器与信号增益器，激光控制器激活控制激光器产生激光信号，经过波分复用器传入感温光纤中，再经过光电转换器将感温光纤传递过来的反映温度变化情况的光信号转换成电信号，并通过信号增益器进行信号的增益，最后将电信号再传递给信号处理预警模块。

4.根据权利要求1所述的采空区分布式感温光纤火灾预警系统，其特征在于，所述信号处理预警模块包括数据采集器，信号处理装置与报警输出器，信号处理预警模块将从光电信息转换模块获取的增益后的电信号经过数据采集器进行收集汇总，再由信号处理装置进行数据处理，得出采空区的温度大小和速率变化情况，然后将信息反馈给报警器输出器，一旦温度超过限值，就会发出相应的报警信息。