[發明專利]基于光纖光柵和三維激光掃描的煤礦工作面片幫監測系統

在審

• 申請號: 201710560966.4
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107367231A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 方新秋;寧耀圣;梁敏富;吳剛;盧海洋;馮裕堂
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01K11/32;G01L1/24
• 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

1.一種基于光纖光柵和三維激光掃描的煤礦工作面片幫監測系統，其特征是：

該識別監測系統包括地面數據處理系統、井下數據傳輸系統和井下數據采集系統；地面數據處理系統通過傳輸光纖與井下數據傳輸系統連接；數據傳輸系統通過光纖尾纖與井下數據采集系統連接。

2.根據權利要求1所述的基于光纖光柵和三維激光掃描的煤礦工作面片幫監測系統，其特征是：所述的井下數據傳輸系統包括：三維激光掃描儀專用礦用數據線、傳輸光纖和多個光纖接線盒；其中光纖接線盒串聯在傳輸光纖上。

3.根據權利要求1所述的基于光纖光柵和三維激光掃描的煤礦工作面片幫監測系統，其特征是：所述的地面數據處理系統包括：主控計算機、光纖光柵解調儀、打印機及供電電源；光纖光柵解調儀與主控計算機的輸入端連接，打印機與主控計算機的輸出端連接，供電電源為主控計算機供電；主控計算機安裝有各種礦山專用數據處理軟件，用于實時分析工作點頂板壓力、支架阻力及工作面溫度，并根據以上數據反演煤壁，頂板圍巖及支架受力狀況，為煤壁片幫機理提供依據；主控計算機中還安裝有專業建模軟件，根據提供的數據生成工作面三維模型；或者將數據導入主控計算機中安裝的SUPAC、DATEMINE專業礦山數據處理軟件中，進行各種數值計算，為煤壁穩定性提供依據。

4.根據權利要求1所述的基于光纖光柵和三維激光掃描的煤礦工作面片幫監測系統，其特征是：所述的井下數據采集系統包括三維激光掃描點云數據采集子系統和光纖光柵傳感技術采集子系統。

5.根據權利要求4所述的基于光纖光柵和三維激光掃描的煤礦工作面片幫監測系統，其特征是：所述的三維激光掃描點云數據采集子系統包括液壓支架及端頭支架頂梁和三維激光掃描儀；在液壓支架及端頭支架頂梁上安裝三維激光掃描儀；三維激光掃描儀的輸出端通過礦用數據線經井下數據傳輸系統與主控計算機連接；三維激光掃描儀將數據傳輸到主控計算機中；所述的三維激光掃描儀包括高頻數字電路元件和角度編碼器組成；高頻數字電路元件記錄激光從光源發射到某個目標表面并反射回來所經歷的往返時間來計算與目標之間的距離；角度編碼器測得激光頭轉過的角度。

6.根據權利要求4所述的基于光纖光柵和三維激光掃描的煤礦工作面片幫監測系統，其特征是：所述的光纖光柵傳感技術采集子系統包括安設在工作面頂板、液壓支架及采空區的多個光纖光柵傳感器；通過安設光纖光柵傳感器測得井下工作面頂板壓力、支架阻力及溫度情況信息；經井下數據傳輸系統通過傳輸光纖傳輸到地面數據處理系統中，經光纖光柵解調儀將地下傳輸上來的數據信號解調，再將解調后的信號傳輸到主控計算機內，經分析處理軟件處理過后反饋給井下，實現井上對井下動態的實時監測及預警機制。

7.根據權利要求6所述的基于光纖光柵和三維激光掃描的煤礦工作面片幫監測系統，其特征是：光纖光柵解調儀與主控計算機連接，實現對數據信號的轉換與傳輸；主控計算機內安裝有井下數據處理及建模軟件，能夠實現對三維數據的成像，生成所測區域的三維圖像。能夠實現對井下工作面頂板壓力、支架阻力和溫度數據的處理；一旦發現異常，能夠及時預警，避免造成不必要的人員傷亡事故。

8.根據權利要求5所述的基于光纖光柵和三維激光掃描的煤礦工作面片幫監測系統，其特征是：所述的角度編碼器包括：旋轉軸、光柵板、發光二極管、棱鏡、固定光柵、光敏管、放大器和電源；旋轉軸通過軸承固定，在旋轉軸上連接有光柵板，有相對應的發光二極管、固定光柵和光敏管，光柵板界于發光二極管和固定光柵之間，光敏管與放大器連接，電源提供能源。