[發明專利]一種煤柱穩定性分布式監測系統及方法

在審

• 申請號: 202010586204.3
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111678454A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 許時昂;張平松;郭立全;吳榮新
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G08B21/18
• 代理公司: 石家莊德皓專利代理事務所(普通合伙) 13129
• 代理人: 劉磊娜

1.一種煤柱穩定性分布式監測系統，其特征在于，包括：應變數據采集系統、數據傳輸系統、數據解析系統、數據分析系統和預警系統，所述應變數據采集系統通過數據傳輸系統與所述數據解析系統連接；

其中，應變數據采集系統，用于監測煤柱受力的應變，包括導入裝置、固定定位裝置、分布式應變感測光纜和溫度補償裝置，分布式應變感測光纜和溫度補償裝置通過導入裝置和固定定位裝置設置于煤柱鉆孔內；

數據傳輸系統，用于數據傳輸，包括轉接器1、跳線裝置、轉接器2和通訊協議模塊；

數據解析系統，用于信號解析處理，包括光纖解調儀、預處理模塊和處理模塊，所述光纖解調儀基于通訊協議模塊通過跳線裝置與所述分布式應變感測光纜和溫度補償裝置連接，光纖解調儀對信號解析換算成數據，

數據分析系統，用于信號處理數據分析，包括帶有顯示裝置的監控服務器、預處理模塊、處理模塊、表達模塊、數據分析模塊和結果評價模塊，所述監控服務器通過傳輸線與光纖解調儀連接，基于獲得的應變數據通過預處理模塊進行初步判斷，通過處理模塊進行處理加工，經表達模塊和數據分析模塊完成表達和結果評價；

預警系統，用于預警決策，包括決策中心和指揮中心，基于分析系統的表達和結果評價，給出安全、警示和危險的預警。

2.根據權利要求1所述的一種煤柱穩定性分布式監測系統，其特征在于，所述光纖解調儀及數據分析系統布置在巷道內或者聯絡巷內或者通過延長線設置于地面監測平臺。

3.根據權利要求1所述的一種煤柱穩定性分布式監測系統，其特征在于，所述分布式應變感測光纜為鎧裝強化護套的鋼纖維緊套應變光纜，所述溫度補償裝置為環向鎧裝螺紋套設計的非緊套光纜，所述分布式應變感測光纜和溫度補償裝置通過固定裝置固定在導入裝置導管外部。

4.基于所述權利要求1-3任一項所述的一種煤柱穩定性分布式監測系統的探查監測方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

S1監測系統布置

S1.1煤柱留設方案完成后，選定煤柱測試具體施測位置，在選定煤柱施測位置施工鉆孔，鉆孔施工水平方向方位角為垂直或者近似垂直于工作面回采方向，其豎直方向方位角為沿煤層方向或者垂直巷道外幫；

S1.2 選用導入裝置，將分布式應變感測光纜和溫度補償裝置按照一定間距通過固定定位裝置固定在所述導入裝置外側，植入所述步驟S1.1完成的鉆孔中；

S1.3當分布式應變感測光纜和溫度補償裝置植入指定深度后，向鉆孔和導入裝置空間充入水泥漿，固結；

S2數據采集分析

S2.1采集工作面回采前或者工作面采動作用影響范圍外的煤柱受力情況數據應變與溫度變作為背景值數據，采集過程煤柱應變分布數據應變ε與溫度T；

S2.2基于通訊協議將光纖信號通過跳線裝置傳遞至光纖解調儀，解調后信號傳輸至分析系統，通過預處理模塊、處理模塊、數據分析模塊、表達模塊和結果評價模塊對信號進行分析和表達，并通過顯示裝置實時監測煤柱的受力狀態給出穩定性評價標準；

S3預警

基于S2.2中分析表達結果和穩定性評價標準，進行實時評價，其中評價結果包括三個等級：安全，警示，危險。

5.根據權利要求4所述的一種煤柱穩定性探查監測方法，其特征在于，所述S2.2中由光纖解調儀完成脈沖光的激發與接收，獲得光在光纖中傳播的波長與頻移，進而解析獲得感知系統測試所得的應變ε與溫度T，具體測試過程如下：先測試獲得背景數據和，隨后利用光纖數據采集系統間隔一定周期T進行數據采集，采集參量同時包括應變ε和溫度T，數據采集完成，在數據首次采集完成后需要先完成溫度干擾影響，判別是否需要進行溫度補償計算，如果無影響則不需進行后續溫度干擾處理；如果采集判別存在溫度干擾，則對溫度干擾評議進行處理，對比分析所獲得的數據一段時間D內，沿光纜布設煤柱內的線性應變數據情況，得到 、、……實時數據。