[發明專利]煤礦孔中瓦斯多參量監測裝置及方法

有效

• 申請號: 202011503018.5
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112554951B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 叢琳;閆文超;段建華;汲方林;代晨昱;藺兌波;蔣必辭;張鵬
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

一種煤礦孔中瓦斯多參量監測裝置及方法，裝置包括孔內系統和地面系統，孔內系統和地面系統通過多芯光纜進行通信，所述孔內系統包括通過多芯光纜并聯設置的n個多參量傳感器，所述地面系統包括3個激光發射模塊、泵浦光源、光纖分路器、信號處理模塊、數據處理模塊、解釋模塊和顯示模塊；由此，本發明能有效克服現有技術的缺陷，基于光纖傳感和傳光原理，可在鉆孔內n點在線監測瓦斯濃度、流量、溫度和負壓多參量，并實現地面操作室遠程監控。

技術領域

本發明涉及煤礦監測測量的技術領域，尤其涉及一種應用于煤礦瓦斯抽放孔中的煤礦孔中瓦斯多參量監測裝置及方法。

背景技術

瓦斯災害是影響煤礦安全生產的重大災害，嚴重威脅著工作人員的生命安全和煤炭行業可持續發展。煤礦井下定向鉆孔法預抽本煤層瓦斯，作為一種減弱煤與瓦斯突出危險，減少采掘過程中瓦斯涌出的重要技術，具有成本投入低、工藝簡單、抽放瓦斯濃度較高等優點，在我國煤礦中得到了很大的推廣。利用定向鉆孔進行瓦斯抽采，要堅持“先抽后采、以風定產、監測監控”十二字方針，針對“監測監控”這一環節，現階段還存在很多不足之處，其中瓦斯監測就是一方面需要改進的地方。

目前對瓦斯抽采效果的監測都采用在孔口布置傳感器，對瓦斯濃度、流量、溫度和負壓等參數進行監測，這些參數只能反應整個孔的瓦斯抽采效果，無法獲得孔內某個區段的瓦斯抽采效果，如果能夠在孔內對整個孔中任意區間的瓦斯抽采效果進行監測，利用這些數據可以判斷鉆孔每百米的瓦斯貢獻，進而為鉆孔的最佳長度、位置的布置與鉆進工藝等參數的確定提供科學依據。

為此，本發明的設計者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設計，綜合長期多年從事相關產業的經驗和成果，研究設計出一種煤礦孔中瓦斯多參量監測裝置及方法，以克服上述缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種煤礦孔中瓦斯多參量監測裝置及方法，能有效克服現有技術的缺陷，基于光纖傳感和傳光原理，可在鉆孔內n點在線監測瓦斯濃度、流量、溫度和負壓多參量，并實現地面操作室遠程監控。

為實現上述目的，本發明公開了一種煤礦孔中瓦斯多參量監測裝置，包括孔內系統和地面系統，孔內系統和地面系統通過多芯光纜進行通信，其特征在于：

所述孔內系統包括通過光纖并聯設置的n個多參量傳感器，孔內所有光纖一體化，采用鎧裝工藝形成多芯光纜；所述地面系統包括3個激光發射光源和1個泵浦光源，所述地面系統還包括信號處理模塊、數據處理模塊、解釋模塊和顯示模塊。

其中：所述多參量傳感器的底部固定于鎧裝光纜結構表面凹槽處，多參量傳感器包括傳感器外管、光纖接頭、溫壓傳感器、流量傳感器和氣室。

其中：所述多參量傳感器外管為不銹鋼支架，并將納米防水透氣膜固定于傳感器支架的鏤空處。

其中：所述光纖接頭包括光纜分路器，將4根光纖分別通過分路器連接氣室的氣室光纖接頭、溫壓傳感器光纖接頭、流量傳感器摻雜光纖接頭和流量傳感器光纖光柵接頭。

其中：所述溫壓傳感器固定于多參量傳感器外管的左下方支架內部，包括光纖光柵測溫模塊和MEMS法珀腔測壓模塊，MEMS法珀腔測壓模塊位于溫壓傳感器頂端，MEMS法珀腔測壓模塊包括硅膜片、法珀腔、鍍膜、玻璃基底、光纖頭和UV膠，所述玻璃基底的一端設有法珀腔和膜片，所述硅膜片覆蓋玻璃基底的表面及法珀腔的開口，所述玻璃基底的另一端設有光纖頭和UV膠，所述光纖頭通過UV膠設置于玻璃基底的一梯形槽內，所述光纖頭連接溫壓傳感光纖，且在溫壓傳感光纖上刻蝕光纖光柵形成測溫模塊。

其中：所述流量傳感器固定于多參量傳感器外管的上方支架內部，包括一根普通的光纖光柵和一根摻雜光纖，兩根光纖并聯插入銅管內。

其中：所述氣室固定于多參量傳感器外管的右下方支架內部。所述氣室包括吸收池腔體、準直器和氣室光纖接頭，所述吸收池腔體采用帶孔銅質芯，且兩端對稱居中安裝準直器。