[發明專利]基于光纖光柵傳感器的煤礦巷道頂板應力在線監測系統及方法

有效

• 申請號: 201710561839.6
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107328503B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 方新秋;盧海洋;梁敏富;劉興國;吳剛;馮裕堂
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L5/00
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 楊曉玲<國際申請>=<國際公布>=<進入

一種基于光纖光柵傳感器的煤礦巷道頂板應力在線監測系統及方法，適用于巷道礦壓監測領域使用。基于光纖光柵傳感器的煤礦巷道頂板應力在線監測系統，包括布置在采煤工作面兩側巷道頂板上的監測測站，每個監測測站包括三個頂板應力監測裝置，每個監測測站內的頂板應力監測裝置之間通過通訊光纖串聯在一起，每個巷道尾端的監測測站的引出端光纖尾纖通過通訊光纖與光纖終端盒相連接，光纖終端盒通過礦用傳輸光纜與設置在地表的光纖光柵靜態解調儀相連接，光纖光柵靜態解調儀順序連接有監控計算機和網絡服務器，網絡服務器通過煤礦局域網與多個客戶端相連接；其測量精度高、使用壽命長，可實現煤礦巷道頂板應力實時在線監測。

技術領域

本發明涉及一種監測系統及方法，尤其是一種適用于巷道礦壓監測領域的基于光纖光柵傳感器的煤礦巷道頂板應力在線監測系統及方法。

背景技術

隨著我國煤礦開采深度的不斷增加，巷道頂板以及采空區頂板的應力變化越來越復雜，近十年來，國內煤礦發生致人死亡的頂板事故數千起，占煤礦事故總數接近一半，因此實時監測煤礦巷道頂板應力變化，判斷頂板的穩定性，及時采取有效的防護措施，對預防頻發的頂板事故具有重大的現實意義。

原有光纖光柵測力錨桿的傳感原理是測力錨桿經過拉伸應變后連帶貼在其上的光柵一起應變，即要求測力錨桿有多大應變，光柵也有多大應變，而實際情況是測力錨桿的最大延伸率是17％，而光纖光柵的最大延伸率是0.3％，一旦測力錨桿的應變大于0.3％，不但達不到測力的目的，還會造成光纖光柵損壞的后果，即使采用了彈簧等一些減敏措施，但在實際安裝過程中仍然發現難以解決這個問題。

現有光纖光柵測力錨桿所存在：光纖光柵應變與錨桿應變不易在有效范圍內協調的缺陷，即錨桿應變相對于光纖光柵來說過大而造成光纖光柵被拉斷或者測量結果不準確。

發明內容

技術問題：本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種結構簡單、安裝方便、可靠性高、測量精度高、抗電磁干擾能力強、受環境影響小、無安全隱患、信號傳輸距離遠、能夠對巷道頂板應力進行實時監測的基于光纖光柵傳感器的煤礦巷道頂板應力在線監測系統和監測方法。

技術方案：本發明的基于光纖光柵傳感器的煤礦巷道頂板應力在線監測系統，包括布置在采煤工作面兩側巷道頂板上的監測測站，監測測站之間相互串聯直至采空區，每個監測測站包括三個頂板應力監測裝置，每個監測測站內的頂板應力監測裝置之間通過通訊光纖串聯在一起，每個巷道尾端的監測測站的引出端光纖尾纖通過通訊光纖與光纖終端盒相連接，光纖終端盒通過礦用傳輸光纜與設置在地表的光纖光柵靜態解調儀相連接，光纖光柵靜態解調儀順序連接有監控計算機和網絡服務器，網絡服務器通過煤礦局域網與多個客戶端相連接；

所述頂板應力監測裝置包括空心錨桿，空心錨桿兩端分別設有緊扣的空心螺栓，空心錨桿中設有鋼絲繩，鋼絲繩通過錨桿兩端的空心螺栓拉伸后固定在空心錨桿上，空心螺栓的螺栓部分上設有兩道對稱的凹槽，空心螺栓的頭部上與凹槽對應出設有兩個光纖導出孔，空心螺栓的凹槽內設有光纖光柵傳感器，光纖光柵傳感器尾端通過光纖引出孔引出光纖，對稱粘貼布置兩個光纖光柵傳感器便于校正壓力值；

每個光纖光柵傳感器通過通訊光纖與光纖終端盒相連接，光纖終端盒通過礦用傳輸光纜與井上的光纖光柵解調儀相連接。

所述空心錨桿長度為2000mm，空心錨桿直徑為25mm。

所述的空心螺栓的內孔直徑為6mm、外表直徑為10mm、長為40mm，空心螺栓的頭部直徑為25mm，長為10mm。

所述頂板應力監測裝置間隔布置，每50米在頂板上布置一個頂板應力監測裝置，每個頂板應力監測裝置上設有兩個光纖光柵傳感器。

一種基于光纖光柵傳感器的煤礦巷道頂板應力在線檢測方法，包括如下步驟：