[發明專利]一種用于礦井瓦斯抽放的光纖光柵監測系統布置方法

在審

• 申請號: 201710561366.X
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107165677A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 方新秋;馮裕堂;梁敏富;吳剛;蔡成鋒;盧海洋
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21F7/00
• 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

本發明涉及一種光纖光柵監測系統布置方法，特別是一種用于礦井瓦斯抽放的光纖光柵監測系統布置方法。

本發明是光纖光柵監測系統布置方法，具體是基于光纖光柵監測在高瓦斯礦井采動中以及后期瓦斯抽放中的應用的布置方法，應用于高瓦斯礦井采動中以及采空區后期瓦斯的抽放，也適合應用于廢棄礦井瓦斯的利用。

背景技術

中國煤炭資源量約為5×10¹²t，與其共生、伴生的煤層氣資源量也很大，居世界第3位，僅次于俄羅斯、加拿大，大約是美國蘊藏量的3倍。全國埋深在2000m以內的煤層氣資源量為30×10¹²～35×10¹²m³，與中國天然氣總資源量大致相當。我國是世界上煤炭產量最大的國家，煤田地質比較復雜，大多數煤藏為煤層滲透率較低的無煙煤煤層，給煤層氣地面開發帶來了很大困難。目前全國年抽采煤層氣量逐年增長然而抽采率依舊很低，瓦斯災害也是頻繁發生，并且還存在大量的廢棄礦井，其丼內氣體環境無法探明，溢出大量的瓦斯氣體，數據顯示CH₄比CO₂高20倍的溫室效應。同時后期礦井廢棄中瓦斯儲量也是非常可觀，可見廢棄礦井大量資源浪費的同時還破壞生態系統。

中國的煤層氣開發起步較晚，其發展大體可分為3個階段。第1階段：減少煤礦礦井瓦斯災害的井下抽放與利用階段，主要是為減少煤礦瓦斯災害而進行的煤礦井下瓦斯抽放；第2階段：煤層氣勘探開發試驗初期和煤層氣井下抽放利用階段，同時井下抽放和利用項目也逐步展開；第3階段：煤層氣勘探開采試驗全面展開和井下規模抽放利用階段，基本明確了當前條件下煤層氣開采的有利地區和發展方向。

目前我國對于高瓦斯礦井采動中和后期瓦斯濃度的測定大量依靠便于攜帶的測瓦斯傳感器。大多是人為進行測定，井下環境惡劣且通風壞境有不良地段，存在很多安全隱患。廢棄礦井大多沒有妥善處理，溢出大量瓦斯污染壞境。考慮到如何能在采動中合理抽放瓦斯，在廢棄礦井中加以利用，并且大范圍長期在線監測礦井瓦斯壞境避免瓦斯災害。在此多方面因素下，基于光纖光柵監測在高瓦斯礦井瓦斯抽放中的應用孕育而生。

發明內容

技術問題：本發明的目的是要提供一種靈敏度高、抗電磁干擾、耐腐蝕、便于實現多路技術、結構簡單、體積小、重量輕、測量精度高，可靠性好的用于礦井瓦斯抽放的光纖光柵監測系統布置方法，解決的問題。

技術方案：本發明的目的是這樣實現的：本發明包括光纖光柵監測系統及光纖光柵布置方法；

所述的光纖光柵監測系統包括：井下瓦斯濃度傳感器布置系統、地面監測站布置系統和瓦斯抽放鉆孔組；

所述的井下瓦斯濃度傳感器布置系統：包括礦用傳輸光纜、光纖終端盒、通訊光纖和光纖光柵瓦斯濃度傳感器；在運輸巷和回風巷掘進期間同時布設光纖光柵瓦斯濃度傳感器，安裝于運輸巷和回風巷巷道頂部，在巷道頂部水平相距10～15m間隔布置；利用通訊光纖通過光纖耦合器將每個光纖光柵瓦斯濃度傳感器串聯在一起，通訊光纖通過光纖終端盒與礦用傳輸光纜連接；

所述的地面監測站布置系統：包括礦用傳輸光纜、光纖光柵靜態解調儀、監控計算機、網絡服務端、礦山局域網和客戶端；礦用傳輸光纜與光纖光柵靜態解調儀輸入端連接，光纖光柵靜態解調儀的輸出端與監控計算機連接，監控計算機通過網絡服務端、礦山局域網與客戶端進行數據共享；

所述的瓦斯抽放鉆孔組每個鉆孔為一組。

所述的光纖光柵瓦斯濃度傳感器的光路裝置包括：超寬帶光源SLED、光纖、氣體吸收池、第一耦合器、第一光纖布拉格光柵、隔離器、第二耦合器、第二光纖布拉格光柵、光電探測器、放大電路和數據采集處理，所述的光纖布拉格光柵英文縮寫為FBG，PD1和PD2均表示為光電探測器；超寬帶光源SLED通過光纖、氣體吸收池、第一耦合器和第一光纖布拉格光柵；放大電路和數據采集處理輸出端控制光電探測器；光電探測器PD1的輸出端通過第一耦合器、第一光纖布拉格光柵、隔離器、第二耦合器和第二光纖布拉格光柵；光電探測器PD2的輸出端通過第二耦合器和第二光纖布拉格光柵。

一種用于礦井瓦斯抽放的光纖光柵監測系統布置方法，具體步驟如下：

a、礦用傳輸光纜通過光纖終端盒分為兩個通道，兩通道分別連接通訊光纖；

b、在運輸巷和回風巷掘進期間同時布設光纖光柵瓦斯濃度傳感器，安裝于運輸巷和回風巷巷道頂部；在巷道頂部水平相距10～15m間隔布置光纖光柵瓦斯濃度傳感器；傳感器之間利用通訊光纖通過光纖耦合器連接在一起；