[發明專利]基于光纖光柵傳感的煤礦井筒凍結壁溫度實時監測方法

有效

• 申請號: 201310514077.6
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103528712A
• 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;袁保寧
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;E21B47/07;G01K1/08
• 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

本發明涉及煤礦井筒施工監測技術領域，尤其是一種基于光纖光柵傳感的煤礦井筒凍結壁溫度實時監測方法。

背景技術

煤礦立井井筒在不穩定表土層或隔絕地下水施工時，一般采取特殊施工方法才能順利通過，目前凍結法的使用非常廣泛。凍結法歷史較為悠久，在理論上和實踐上都已經較為成熟。采用凍結法施工時，煤礦立井井筒的開挖必須選擇合適的時間，當凍結壁已經形成而又尚未凍至井筒范圍以內時凍結壁的穩定性較好，是井筒開挖時機的最佳選擇，否則可能不利于井筒的掘進或者造成涌水冒砂事故，這就對煤礦立井井筒凍結壁的溫度監測提出了嚴苛的工藝要求。但在目前的井筒凍結施工中，一般采用在凍結孔周圍布置測溫孔、根據測溫孔的監測溫度來推算凍結壁厚度的方法，該方法存在很多缺點：一，只能反應凍結壁的局部發展情況，存在大量的盲點，無法反應整個凍結壁的發展情況；二，當凍結壁尚未形成交圈時，通過測溫孔的數據來判斷凍結壁的情況會有很大誤差；三，目前采用的傳統凍結壁測溫設備主要有測溫孔內布置銅-康銅熱電偶串、熱敏電阻式數字單點測溫儀等，存在維護技術難度高、易損壞、在線實時監測難度大等缺點。近年來，隨著光纖光柵制作技術的迅猛發展，光纖光柵傳感技術迅速崛起。相比較傳統的傳感器，光纖光柵傳感器優點頗多，如：抗電磁干擾、抗腐蝕、電絕緣、高靈敏度等，并且容易實現網絡化及實時化監測，為煤礦立井井筒凍結壁溫度實時監測提供了技術基礎。

發明內容

技術問題：本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種抗干擾能力強、無源工作、避免局部溫度擾動、有效避免噪音數據、監測穩定性好的基于光纖光柵傳感技術的煤礦井筒凍結壁溫度實時監測方法。

技術方案：本發明的基于光纖光柵傳感煤礦井筒凍結壁溫度實時監測方法,包括以下步驟：

步驟一、根據煤礦井筒施工條件制備光纖光柵傳感裝置：

A、采用兩端車絲的無縫鋼管作為光纖光柵傳感受載體及保護管，并選用相應的高防漏活接頭作為鋼管連接件；

B、以無縫鋼管中點為對稱點，在無縫鋼管內用長11m的光纖對稱布置串接三組間隔4m并編號的光柵溫度傳感器，將光纖用耐低溫易固化膠水粘貼固定于無縫鋼管內壁，其中第一組位于無縫鋼管中點，其他兩組分別位于兩側與中點間隔為4m處，即與無縫鋼管兩端間隔為2m，將兩端的光纖接頭引出無縫鋼管；

C、采用熱膨脹系數較高的橡膠或樹脂有機材料，如環氧樹脂類膠，對無縫鋼管內的光柵傳感器及光纖進行增敏灌封封裝，以保護光柵光纖并提高溫度靈敏度，灌封時無縫鋼管兩端內各留0.5m長的接合間隙；

D、將橡膠保護管裹套在兩端光纖接頭上，以保護光纖外露部分，完成光纖光柵傳感裝置的制備；

步驟二、選擇測點，在井筒凍結孔內布設光纖光柵傳感裝置：

A、根據凍結孔的設置情況、凍結壁的設計厚度及溫度監測范圍的要求，選取多個凍結孔作為測點；

B、在現場用鉆機鉆進施工凍結孔的同時，在測點孔內布設多個光纖光柵傳感裝置；

C、隨著鉆孔深度的增加，將多個光纖光柵傳感裝置進行串接，先將上一光纖光柵傳感裝置上端的光纖接頭與下一光纖光柵傳感裝置下端的光纖接頭進行串接，并固定于無縫鋼管端口以內，用有機材料進行封裝保護，然后將無縫鋼管上一光纖光柵傳感裝置無縫鋼管的上端與下一光纖光柵傳感裝置無縫鋼管的下端用活接頭進行連接，后面光纖光柵傳感裝置的連接依次類推，如此反復，直到鉆孔達到設計深度，埋設好多個光纖光柵傳感裝置；

步驟三、接入光柵光纖解調設備，將信號傳輸至計算機系統進行處理和實時監測：

A、將各測點埋設完畢的光纖光柵傳感裝置地表外露的光纖接頭接入礦用光纜；

B、將礦用光纜接入光柵光纖解調設備；

C、將光柵光纖解調設備與計算機系統進行連接，從而將解調信號傳送至計算機系統；

D、通過計算機系統采集并處理監測數據，對凍結壁進行實時溫度監測。