[發(fā)明專利]基于光纖光柵傳感器的煤礦巷道頂板應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710561839.6
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107328503B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方新秋;盧海洋;梁敏富;劉興國;吳剛;馮裕堂
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L5/00
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 楊曉玲<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入

1.一種基于光纖光柵傳感器的煤礦巷道頂板應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)的檢測方法，使用的監(jiān)測系統(tǒng)包括布置在采煤工作面（9）兩側(cè)巷道頂板上的監(jiān)測測站（11），監(jiān)測測站（11）之間相互串聯(lián)直至采空區(qū)（12），每個監(jiān)測測站（11）包括三個頂板應(yīng)力監(jiān)測裝置（10），每個監(jiān)測測站（11）內(nèi)的頂板應(yīng)力監(jiān)測裝置（10）之間通過通訊光纖（8）串聯(lián)在一起，每個巷道尾端的監(jiān)測測站（11）的引出端光纖尾纖通過通訊光纖與光纖終端盒（7）相連接，光纖終端盒（7）通過礦用傳輸光纜（6）與設(shè)置在地表的光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀（1）相連接，光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀（1）順序連接有監(jiān)控計(jì)算機(jī)（2）和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（3），網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（3）通過煤礦局域網(wǎng)（4）與多個客戶端（5）相連接；

所述頂板應(yīng)力監(jiān)測裝置（10）包括空心錨桿（15），空心錨桿（15）兩端分別設(shè)有緊扣的空心螺栓（13），空心錨桿（15）中設(shè)有細(xì)鋼絲繩（14），細(xì)鋼絲繩（14）通過空心錨桿（15）兩端的空心螺栓（13）拉伸后固定在空心錨桿（15）上，空心螺栓（13）的螺栓部分上設(shè)有兩道對稱的凹槽，空心螺栓（13）的頭部上與凹槽對應(yīng)處設(shè)有兩個光纖導(dǎo)出孔（17），空心螺栓（13）的凹槽內(nèi)設(shè)有光纖光柵傳感器（16），光纖光柵傳感器（16）尾端通過光纖導(dǎo)出孔（17）引出光纖，對稱粘貼布置兩個光纖光柵傳感器（16）便于校正壓力值；每個光纖光柵傳感器（16）通過通訊光纖（8）與光纖終端盒（7）相連接，光纖終端盒（7）通過礦用傳輸光纜（6）與井上的光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀（1）相連接；

具體步驟如下：

a、安裝頂板應(yīng)力監(jiān)測裝置，將光纖光柵傳感器（16）緊貼在空心螺栓（13）的凹槽上，并通過光纖導(dǎo)出孔（17）引出光纖，然后將兩個空心螺栓（13）緊扣在空心錨桿（15）兩端，將細(xì)鋼絲繩（14）拉直貫穿整個空心錨桿（15），完成該頂板應(yīng)力監(jiān)測裝置；

b、在巷道內(nèi)布置監(jiān)測測站，在監(jiān)測測站內(nèi)的頂板間隔布置3個頂板應(yīng)力監(jiān)測裝置（10），頂板應(yīng)力監(jiān)測裝置（10）的間隔距離為50米，通過光纖尾纖將頂板應(yīng)力監(jiān)測裝置（10）中的光纖光柵傳感器（16）串聯(lián)在一起，沿著巷道向前推進(jìn)，監(jiān)測測站（11）間隔距離為20米時布設(shè)下一個監(jiān)測測站，直至完成設(shè)定的監(jiān)測測站數(shù)目；

c、利用通訊光纖將光纖尾纖與光纖終端盒（7）相連接，并通過礦用傳輸光纜（6）連接到地面上的光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀（1）上，光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀（1）與監(jiān)控計(jì)算機(jī)（2）相連接；

d、當(dāng)某處巷道頂板下沉，頂板應(yīng)力發(fā)生變化后，頂板應(yīng)力監(jiān)測裝置（10）的空心錨桿（15）桿體發(fā)生拉伸變形，因?yàn)轫敯鍛?yīng)力監(jiān)測裝置（10）中的細(xì)鋼絲繩（14）通過兩端的空心螺栓（13）已經(jīng)在兩端固定住，所以空心錨桿（15）桿體的拉伸變形也使得其中的細(xì)鋼絲繩（14）拉得更緊，從而使粘貼有光纖光柵傳感器（16）的那一端的空心螺栓（13）造成壓縮變形，然后粘貼在空心螺栓（13）上的光纖光柵傳感器（16）會產(chǎn)生收縮變形的光波信號；

e、如果細(xì)鋼絲繩（14）發(fā)生形變則不需要更換細(xì)鋼絲繩（14），如果發(fā)生斷裂則需要更換細(xì)鋼絲繩（14）或者更換一個新的頂板應(yīng)力監(jiān)測裝置（10），對巷道頂板豎直方向的任意位置發(fā)生離層或下沉變形的應(yīng)力進(jìn)行檢測，通過檢測到的數(shù)據(jù)與預(yù)存的危險臨界數(shù)據(jù)比較，達(dá)到監(jiān)測預(yù)警的效果；

f、將光纖光柵傳感器（16）采集的光波信號通過光纖及光纜傳輸至光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀（1），通過光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀（1）將光波信號解調(diào)為數(shù)字信號，然后傳輸至監(jiān)控計(jì)算機(jī)（2），通過安裝在監(jiān)控計(jì)算機(jī)的在線監(jiān)測軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過檢測到的數(shù)據(jù)與預(yù)存的危險臨界數(shù)據(jù)比較，實(shí)時顯示巷道頂板應(yīng)力數(shù)據(jù)及變化趨勢；

g、通過煤礦局域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，將監(jiān)測的巷道頂板應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，實(shí)現(xiàn)對巷道頂板應(yīng)力的在線實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)測。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的煤礦巷道頂板應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于：所述空心錨桿（15）長度為2000mm，直徑為25mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的煤礦巷道頂板應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于：所述的空心螺栓（13）的內(nèi)孔直徑為6mm、外表直徑為10mm、長為40mm，空心螺栓的頭部直徑為25mm、長為10mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的煤礦巷道頂板應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于：所述頂板應(yīng)力監(jiān)測裝置（10）間隔布置，每50米在頂板上布置一個頂板應(yīng)力監(jiān)測裝置（10），每個頂板應(yīng)力監(jiān)測裝置（10）上設(shè)有兩個光纖光柵傳感器（16）。