CN207395935U - 一种基于光纤光栅传感技术的冲击地压在线监测系统 - Google Patents

Abstract

冲击地压是煤矿开采工业最严重的灾害之一，事发突然，危害极大。本实用新型提供一种基于光纤光栅传感技术的冲击地压在线监测、预警、预测系统，包括光纤光栅传感器和监测主机，采用光纤光栅传感器采集岩层应力、微应变、振动、温度等物理量的变化，实时在线监测地应力变化情况、冲击地压的发展趋势，并通过智能软件进行综合分析，找出高应力区及其变化趋势，根据冲击地压危险区和危险程度的不同，做到分级预警，且系统具有自检功能；同时系统可实时显示各种参数功能，监测的数据能够储存并且方便查询、打印。

Description

一种基于光纤光栅传感技术的冲击地压在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种冲击地压在线监测、预警、预测系统，具体涉及一种基于光纤光栅传感技术的冲击地压在线监测、预警、预测系统。

背景技术

冲击地压是煤矿开采工业最严重的灾害之一，它以突然、急剧、猛烈的形式释放岩体变性能，抛出煤岩体，造成支架损坏、片帮冒顶、巷道堵塞、伤及人员，并产生巨大的声响和岩体震动。岩体震动时间从几秒到几十秒，抛出的煤岩体从几吨到几百吨。事发突然，危害极大，是世界范围内重点研究和预防的课题。

我国煤矿矿井大多建于五、六十年代，随着时间的推移和矿产资源开发向深部转移，将逐步进入深部开采，冲击地压灾害问题将更加严重、更突出。我国煤矿冲击地压显现具有如下特征：1）突发性。发生前一般无明显前兆，冲击过程短暂，持续时间为几秒到几十秒。2)破坏性。往往造成煤壁片帮、顶板下沉、底鼓、支架折损、巷道堵塞、人员伤亡。3）复杂性。不同的地质构造、矿井结构、开采方法均发生过。

传统的煤矿冲击地压监测系统主要基于机械式和电子式传感器。机械式传感器由于结构特点，决定了传感器自身的缺陷。

首先，传感器采集数据具有一定的方向性。地应力相当复杂，应力来自不同的方向，所以传感器对应力的采集存在盲区，往往造成冲击地压事故已经发生，传感器未采集到相关数据，可靠性差。另外，多不能实时在线显示。

而电子式容易受到环境温度，湿度和电磁干扰，易漂移，重复性和长期稳定性很差。

发明内容

为了解决以上问题，本实用新型提供一种基于光纤光栅传感技术的冲击地压在线监测、预警、预测系统，采用光纤光栅传感器采集岩层应力、微应变、振动、温度等物理量的变化，实时在线监测地应力变化情况、冲击地压的发展趋势。

根据冲击地压危险区和危险程度的不同，做到分级预警。同时，系统实时显示各种参数功能，监测的数据能够储存并且方便查询、打印。

为了实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

本实用新型提供一种基于光纤光栅传感技术的冲击地压在线监测、预警、预测系统，所述系统包括光纤光栅传感器和监测主机，所述监测主机包括发射单元、接收单元、信号处理单元、分析单元、数据处理单元和输出单元，还包括自检模块；

所述光纤光栅传感器包括至少一个光纤光栅应变传感器、光纤光栅振动传感器、光纤光栅应力传感器、光纤光栅温度传感器；

所述同一类型光纤光栅传感器通过传输光纤串接后，再通过传输光缆与监测主机连接；

所述光纤光栅传感器采用钻孔埋入的方法安装在煤矿井下巷道的顶板离层、支架、锚杆、支护结构以及巷道的侧墙、拱肩、地脚、拱顶；随开采深度增加，每隔一定距离再次钻孔埋入传感器；

所述光纤光栅传感器先固定在钢筋上，与钢筋一起植入钻孔，灌入砂浆固定；

所述钻孔的深度为5-20m， 优选5-15米；

所述监测主机可放置在井下工作站，也可放置在地面监控室。

附图说明

附图1 为本实用新型的系统结构图；

附图标记说明：

FBG1......FBGn——光纤光栅传感器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细细说明。

本实用新型实现了煤矿冲击地压的实时在线状态监测，并通过智能软件进行综合分析，找出高应力区及其变化趋势，根据冲击地压危险区和危险程度的不同，做到分级预警，且系统具有自检功能。

本实用新型提供一种基于光纤光栅传感技术的击地压在线监测、预警、预测系统，该系统包括至少一个光纤光栅传感器FBG和监测主机，所述监测主机包括发射单元10、接收单元20、信号处理单元30、分析单元40、数据处理单元50和输出单元60，还包括自检模块70。

光纤光栅传感器FBG包括光纤光栅温度传感器、光纤光栅振动传感器、光纤光栅应力传感器、光纤光栅应变传感器，采用钻孔埋入的方法安装在煤矿井下巷道的顶板离层、支架、锚杆、支护结构以及巷道的侧墙、拱肩、地脚、拱顶；随开采深度增加，每隔一定距离再次钻孔埋入传感器；根据监测区域的环境条件及不同要求，可以是一个钻孔埋人一个传感器，也可以是一个钻孔埋人多个传感器。

如图1所示，光纤光栅传感器FBG安装在煤矿井下巷道不同位置的岩层中，分别采集振动、应力、应变等力学和温度物理量，以光信号形式通过传输光缆传送至监测主机。

如图1所示，监测主机包括发射单元10、接收单元20、信号处理单元30、分析单元40、数据处理单元50和输出单元60，还包括自检模块70。

发射单元10产生宽带激光，通过传输光纤传送到安装在煤矿井下巷道岩层中的光纤光栅传感器FBG，传感器FBG会对入射的宽带光进行选择性反射，其反射光波长和传感器FBG的光栅结构有关，当相应岩层温度、应力、应变、振动等条件变化，传感器FBG受其影响，光栅结构亦随之变化，所反射的激光波长亦产生相应变化。接收单元20接收传感器FBG反射的激光，将其转化为信号处理单元30所需要的信号形式，并对传感器做出标记，信号处理单元30将信号解调计算，产生与传感器FBG光栅结构变化相对应的电信号，分析单元40根据传感器的类型，对信息进行具体分析，转化为相对应的温度或力学物理量。

数据处理单元50对所有的信息进行综合分析和处理，实现对冲击地压的实时在线监测，结果在输出单元60存储、显示和/或打印等；同时在数据处理单元50中，预先设定不同区域冲击地压的预警、报警阈值，监测结果与之比较，如果冲击地压达到相应的危险程度，在输出单元60给出预警、报警信号，形式包括声、光、存储、显示和/或打印等。

如果监测系统出现故障，接收单元20就会接收到异常信息，自检模块70根据此信息判断故障原因，将结果传送至输出单元。

根据需要，监测主机可放置在井下工作站，也可放置在监控室。

监测主机具有多种开放的接口，可以随时接入新的传感器和预警、报警装置，也可以接入上级监控系统中。

预警、报警阈值的确定：1）采集岩石的单轴极限抗压（抗拉）强度的地质参数，作为分析冲击地压的依据；2）分别分析具体煤矿地质构造应力、采煤方法、煤柱、巷道布置、开采顺序、放炮震动、顶板管理方法等因素对冲击地压的影响程度，初步确定各监测点的预警预报阈值；3）长期检测相应数据，分析冲击地压与所检测数据之间的对应关系，修正预警预报阈值。同时，积累数据，形成数据库，为数据分析积累资料。

Claims (6)

1.一种基于光纤光栅传感技术的冲击地压在线监测系统，包括至少一个光纤光栅传感器和监测主机，所述监测主机包括发射单元、接收单元、信号处理单元、分析单元、输出单元和数据处理单元，其特征在于：

所述光纤光栅传感器包括至少一个光纤光栅应变传感器、光纤光栅振动传感器、光纤光栅应力传感器、光纤光栅温度传感器；

所述光纤光栅传感器通过传输光纤串接后，再通过传输光缆与监测主机连接；

所述光纤光栅传感器采用钻孔埋入的方法安装在煤矿井下巷道的顶板离层、支架、锚杆、支护结构以及巷道的侧墙、拱肩、地脚、拱顶；随开采深度增加，每隔一定距离再次钻孔埋入传感器。

2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感技术的冲击地压在线监测系统，其特征在于所述监测主机包括自检模块，用于判断系统是否正常工作。

3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感技术的冲击地压在线监测系统，其特征在于所述监测主机可放置在井下工作站，也可放置在监控室。

4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感技术的冲击地压在线监测系统，其特征在于所述监测主机具有多种开放的接口，可以随时接入新的传感器和预警、报警装置，也可以接入上级监控系统中。

5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感技术的冲击地压在线监测系统，其特征在于所述光纤光栅传感器先固定在钢筋上，与钢筋一起置入钻孔，灌入砂浆固定；

所述钻孔的深度为5-20m。

6.根据权利要求5所述的基于光纤光栅传感技术的冲击地压在线监测系统，其特征在于所述钻孔的深度优选5-15米。