[發明專利]基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應力監測裝置和方法

有效

• 申請號: 201210426263.X
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN102928138A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 薛曉;張定群;宋定宇;劉巖;鄭揚冰;徐志強;董浩斌;王培杰;孫軍磊
• 申請（專利權）人: 南陽理工學院
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

技術領域

本發明涉及一種井下選煤硐室底板在線監測技術，尤其涉及一種基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應力監測裝置和方法。

背景技術

目前，我國大多數選煤廠仍然建在地面，一方面增加了原煤中矸石的運費以及排矸費用，造成礦井的提升能力緊張和噸煤利潤下降；另一方面伴隨著煤礦生產中排出的大量煤矸石占用土地，造成地面環境的污染，不利于居住環境的改善。在井下建原煤分選系統，實現原煤井下分選和充填一體化，以減少原煤運輸以及噸煤能耗，提高煤炭資源的采出率，實現綠色開采。

隨著井下選煤的實現，符合井下選煤硐室的安全監測和控制系統也有待于進一步的開發研究。由于井下選煤硐室與巷道相比有一定的區別，其監測方法也不同。首先，選煤硐室內安設有大型選煤設備，占據了硐室內大部分的空間，其重量以及生產運行時的振動都可能會對煤礦井圍巖的穩定產生影響，所以根據設備性能以及硐室圍巖分布情況必須澆筑設備基礎；其次，選煤硐室內的電子干擾、電磁干擾現象更加嚴重，相應的監測設備和系統性能必須符合選煤生產的要求，不僅對抗干擾能力要求高，且不受潮濕、高溫環境影響；再者，監測系統的安裝不能影響選煤設備的運行和破壞圍巖的穩定性；最后，選煤硐室周圍井巷工程較多，因而硐室圍巖的受力情況比較復雜，難以準確分析。

由于掘進或受回采影響引起選煤硐室圍巖應力狀態變化以及在維護過程中其性質的變化，頂底板和兩幫巖體失穩變形并向硐室內移動，致使底板巖石松動、產生底臌，導致硐室內大型選煤設備基礎局部受力不均而產生傾斜、位移現象，嚴重影響選煤設備的安全運行和工作人員的人身安全。目前還沒有針對井下選煤硐室底板監測的相關研究報道。

分布式光纖傳感技術是光纖傳感技術中最具前途的技術之一，是適應大型工程安全監測而發展起來的一項傳感技術，它應用光纖幾何上的一維特性進行測量，把被測參量作為光纖位置長度的函數，可以在整個光纖長度上對沿光纖幾何路徑分布的外部物理參量變化進行連續的測量，同時獲取被測物理參量的空間分布狀態和隨時間變化的信息。

FBG（Fiber?Bragg?Grating）和BOTDR（Brillouin?Optical?Time?Domain?Reflectometry）光纖傳感技術是當前世界上在準分布式和全分布式光纖傳感系統中的新技術，FBG是以光波長檢測為基礎的波域準分布式光纖傳感技術，能對所測結構進行局部的精確測量，而BOTDR是以光纖的后向布里淵散射為基礎的光時域反射分布式光纖傳感技術，能在較大范圍內感知被測量光纖空間和時間變化的信息。

目前，還沒有將分布式光纖傳感技術用于針對煤礦井下選煤硐室底板監測的相關報道。

現有技術一：

如圖1所示，現有的全尺度分布式與局部高精度共線的光纖傳感監測系統（專利號CN201322604Y），它將布里淵分布式傳感技術與高精度光纖光柵傳感技術通過裸光纖與光纖光柵共線合二為一，包括布里淵傳感解調儀器、光纖光柵解調儀、光開關、傳輸鎧裝跳線01、光纖光柵（FBG）02、裸光纖03和傳感探頭04。在測試時，通過光開關的切換，光纖傳感數據可以分別被光纖光柵解調儀和布里淵分布式傳感數據采集儀解調，通過對應的應變靈敏度系數換算出測量的應變大小，可以實現全分布和局部高精度的定位和定量分析。

目前還沒有針對煤礦井下選煤硐室底板應力監測的布里淵光時域反射分布式光纖傳感和光纖光柵傳感方法的報道。

上述現有技術一的缺點是：

沒有針對井下選煤硐室內的特殊環境，提出較為詳細的光纖及光纖光柵布設方案，以及如何實現對底板的監測，不能煤礦井下選煤硐室底板應力監測。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應力監測裝置和方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應力監測裝置，在單模光纖中串接多個光纖光柵，將單模光纖鋪設于硐室內設備周圍的底板內，所述單模光纖的引出端與光開關連接，所述光開關與光纖光柵網絡解調儀和BOTDR光纖分析儀分別連接，所述光纖光柵網絡解調儀和BOTDR光纖分析儀分別與工控機連接。

本發明的上述的基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應力監測裝置進行底板應力監測的方法，通過光纖光柵網路解調儀和BOTDR光纖分析儀對光纖光柵和布里淵背向散射光的測量，完成設備周邊光纖光柵布設點處的定位和單模光纖上各處的布里淵頻移的測量，進而計算出硐室底板的應力變化值，監測設備是否產生傾斜失穩。