[發明專利]一種基于光纖光柵傳感的煤礦膏體充填在線監測系統

有效

• 申請號: 201310511517.2
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103528731A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 方新秋;劉曉寧;梁敏富;薛廣哲
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01B11/16
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種礦山充填體在線監測系統，具體是一種基于光纖光柵傳感的煤礦膏體充填在線監測系統。

背景技術

充填開采技術作為解決建筑物下、鐵路下、水體下和承壓水上壓煤開采技術，是采煤技術的一大革新。其中，膏體充填是煤礦綠色開采技術的重要組成部分，把煤礦附近的煤矸石、粉煤灰、工業爐渣、劣質土、城市固體垃圾等在地面加工制作成不需要脫水處理的牙膏狀漿體，采用充填泵或重力加壓，通過管道輸送到井下，適時充填采空區或離層區，形成以膏體充填體為主的上覆巖層支撐體系，有效控制地表沉陷在建筑物允許值范圍內，實現村莊不搬遷，安全開采建筑物下壓煤，保護礦區生態環境和地下水資源。但是，由于充填體在煤礦井下可能處于高溫、高壓或富含水的環境下，且在密閉環境內，無法對其受力及變形進行人工測量，只能通過設備進行測量；而目前的傳統監測設備體積龐大，且無法適應高溫、高壓或水的環境，更無法完成充填體長期實時在線的監測任務。

發明內容

技術問題：為了克服現有技術中的不足，本發明提供一種監測精度高、可靠性好、抗干擾能力強的基于光纖光柵傳感的煤礦膏體充填在線監測系統，以長期在線監測膏體充填體的應力、位移等礦壓狀況。

技術方案：本發明的目的通過如下技術方案實現：

基于光纖光柵傳感的煤礦膏體充填在線監測系統，系統包括：伸縮桿、支撐桿、光纖連接頭、地錨、光纖光柵傳感器組、光纖、礦用光纜、光纖光柵解調儀和計算機系統；在每個測點的空間被充填之前，支撐桿通過地錨固定到充填空間底板，伸縮桿伸縮支撐充填空間頂板，光纖光柵傳感器組安裝在伸縮桿中部，支撐桿尾部引出光纖連接頭并通過光纖接入礦用光纜，礦用光纜與光纖光柵解調儀連接，從而將光柵監測信號傳遞至光纖光柵解調儀，光纖光柵解調儀與計算機系統連接，解調后的信號傳送至計算機系統，在空間被充填后對膏體充填體進行實時在線監控及分析處理。

所述的光纖光柵傳感器組至少各包含1個壓力光柵、1個溫補光柵和1個位移光柵。

所述的測點為沿空留巷巷旁充填或采空區充填的充填體內布置有多個，各自的光纖通過并聯的方式接入礦用光纜。

有益效果：由于采用了上述方案，提出一種新型的、合理的、成熟的技術方案對膏體充填進行長期在線監測，從而得到膏體充填體的受力及運動規律，為充填體材料的強度、變形讓壓參數及支護參數等的確定提供依據，采用多測點并用，以測量煤礦膏體充填體應力及下沉位移量來反映充填體受力及運動規律，為充填體材料的強度、變形讓壓參數及支護參數的確定提供依據。當充填體的圍巖礦壓顯現時，礦山壓力施加到充填體上，光纖光柵傳感器受力作用其光柵的柵距將發生變形，導致光柵的反射中心波長發生漂移，利用地面的光纖光柵靜態解調儀將壓力計的波長信號解調為數字信號，然后利用計算機系統對數字信號做進一步分析處理，進行充填體的實時在線監測，指導現場安全生產。

優點：設備安裝簡單，適于普遍推廣；井下不需供電，現場安全；采用全光測量和光纖傳輸，有效避免電磁干擾的影響；采用溫補光柵對溫度誤差進行補償，極大地提高了監測精度；能及時提供監測結果，利于指導現場生產及科研工作。

附圖說明

圖1為本發明的系統結構示意圖。

圖2為本發明的系統組成框架圖。

圖3為本發明的沿空留巷巷旁充填測點布置斷面圖。

圖4為本發明的巷旁充填測點布置方式圖。

圖5為本發明的采空區充填測點布置方式圖。

圖中，1、充填空間頂板；2、充填空間底板；3、伸縮桿；4、支撐桿；5、光纖連接頭；6、地錨；7、光纖光柵傳感器組；8、光纖；9、礦用光纜；10、光纖光柵解調儀；11、計算機系統；12、回采巷道；13、采空區冒落矸石；14、膏體充填體；15、錨桿；16、測點；17。巷道煤壁；18、采煤工作面。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的描述：