[發(fā)明專利]一種采空塌陷區(qū)土體水平變形監(jiān)測方法和系統(tǒng)及系統(tǒng)的構(gòu)建方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010240032.0
• 申請日: 2010-07-28
• 公開（公告）號: CN102345472A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設計）人: 吳張中;馬云賓;郝建斌;韓冰;荊宏遠;劉建平;譚東杰;蔡永軍;邱紅輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: E21F17/00
• 分類號: E21F17/00;E21F17/18;G01B11/16
• 代理公司: 北京市中實友知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11013
• 代理人: 金杰;任清漢

1.一種采空塌陷區(qū)土體水平變形監(jiān)測方法和系統(tǒng)及系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于監(jiān)測方法所用系統(tǒng)：

在采空塌陷區(qū)(1)的埋地油氣管道a(2)的正上方安裝光纖光柵傳感網(wǎng)a(3)，然后通過光纖接線盒a(4)與引至監(jiān)測站的光纜a(5)連接，在監(jiān)測站里，光纜a(5)與光開關(6)連接，光開關(6)與光纖光柵解調(diào)儀(7)連接，光纖光柵解調(diào)儀(7)與下位機(8)連接，下位機(8)預處理后的數(shù)據(jù)通過GPRS通訊模塊a(9)傳輸、GPRS通訊模塊b(10)接收到上位機(11)；同時，光纖光柵傳感網(wǎng)a(3)實時監(jiān)測管道a(2)正上方土體水平變形，也以相同方式將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(11)；用上述裝置對采空塌陷區(qū)油氣管道進行監(jiān)測；

監(jiān)測流程依次是：

傳感器采集的波長信號在現(xiàn)場監(jiān)測站通過解調(diào)和預處理之后，被遠程傳輸?shù)疆惖乇O(jiān)測中心；

監(jiān)測中心接收到數(shù)據(jù)后，通過特定算法對數(shù)據(jù)進行進一步的分析處理，計算出采空塌陷土體水平變形變化；

通過采空塌陷土體水平變形變化動態(tài)顯示對管體和土體應變變化的狀態(tài)穩(wěn)定情況進行判定，判斷數(shù)據(jù)是否超出閾值；

土體水平變形的報警條件為監(jiān)測曲線出現(xiàn)突變；土體水平變形值超過閾值時進行管道安全的聯(lián)合預警；

當土體水平變形小于閾值時則表明管道處于安全狀態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空塌陷區(qū)油氣管道監(jiān)測方法，其特征在于具體方法是：

光纖光柵傳感網(wǎng)a(3)實時監(jiān)測管道a(2)上方土體水平變形，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)光纜a(5)傳到光開關(6)，光開關(6)后經(jīng)光纖光柵解調(diào)儀(7)解調(diào)傳至下位機(8)，下位機(8)調(diào)用自編的程序，控制光開關(6)和光纖光柵解調(diào)儀(7)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集并對數(shù)據(jù)進行預處理；預處理后的數(shù)據(jù)通過GPRS通訊模塊a(9)傳輸、GPRS通訊模塊b(10)接收到上位機(11)；上位機(11)對土體水平變形數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)監(jiān)測曲線及監(jiān)測數(shù)值的變化，判斷采空塌陷區(qū)土體的穩(wěn)定狀態(tài)和管道的安全狀態(tài)；數(shù)據(jù)的處理主要由軟件完成；下位機(8)數(shù)據(jù)預處理主要是將光纖光柵解調(diào)儀(7)采集的光波長數(shù)據(jù)根據(jù)轉(zhuǎn)化為應變數(shù)據(jù)，上位機(11)在接收數(shù)據(jù)后，首先將數(shù)據(jù)分類，根據(jù)水平變形監(jiān)測公式計算土體水平變形，并最終判斷采空區(qū)的穩(wěn)定狀態(tài)和管道的安全狀況。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采空塌陷區(qū)油氣管道監(jiān)測方法，其特征在于采用光纖光柵傳感網(wǎng)采集波長信號，光纖光柵傳感網(wǎng)由無紡土工布(12)、光纖光柵鋼筋傳感器(13)組成；光纖光柵鋼筋傳感器(13)交織成“#”字形固定在上下兩層無紡土工布(12)中間，每個光纖光柵鋼筋傳感器(13)單獨為1路，每路的光纖光柵數(shù)量和傳感網(wǎng)鋪設長度需根據(jù)采空塌陷的實際情況而定；

光纖光柵傳感網(wǎng)a(3)實時監(jiān)測管道a(2)正上方土體水平變形，無紡土工布(12)用于貼合土體變形，光纖光柵鋼筋傳感器(13)測量無紡土工布(12)各點的應變，通過最小二乘法將數(shù)據(jù)進行擬合確定水平變形函數(shù)并求取函數(shù)最大值，函數(shù)最大值即為土體水平變形值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采空塌陷區(qū)油氣管道監(jiān)測方法，其特征在于監(jiān)測方法的數(shù)據(jù)流程包括三部分內(nèi)容：下位機(8)的數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)的遠程傳輸程序、上位機的數(shù)據(jù)分析程序；下位機(8)數(shù)據(jù)采集是完成數(shù)據(jù)的采集和預處理；光纖光柵傳感網(wǎng)a(3)的數(shù)據(jù)通過光纖光柵解調(diào)儀(7)保存到下位機(8)，下位機(8)數(shù)據(jù)采集程序?qū)Ρ４娴臄?shù)據(jù)進行分類，并根據(jù)光纖光柵傳感特性將波長變化值轉(zhuǎn)化為相應的應變值；數(shù)據(jù)的遠程傳輸程序?qū)崿F(xiàn)上位機(11)和下位機(8)的數(shù)據(jù)通訊；通過對GPRS通訊模塊的控制，數(shù)據(jù)遠程傳輸程序?qū)⑾挛粰C(8)的預處理數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(11)，并將上位機(11)的數(shù)據(jù)接收情況反饋給下位機(8)，實現(xiàn)了自動傳輸；上位機(11)數(shù)據(jù)分析程序是通過數(shù)學方法對接受數(shù)據(jù)進行處理，擬合出數(shù)據(jù)的變化曲線，并將處理結(jié)果與報警閾值進行對比，進而判斷采空區(qū)土體變形情況及采空區(qū)管道的安全情況。