[發(fā)明專利]立井罐道探傷和變形分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法

在審

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• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113532512A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李壽君;樸春德;李德軍;王立艷;張洪清;崔義;焦揚;劉晉升;趙金來;馬金海
• 申請（專利權(quán)）人: 扎賚諾爾煤業(yè)有限責(zé)任公司;中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01D5/353
• 代理公司: 深圳至誠化育知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44728
• 代理人: 劉英

本發(fā)明公開了一種立井罐道探傷和變形分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，在罐道方型鋼制造時預(yù)留傳感光纖布設(shè)小孔，并將傳感光纖封裝至方型鋼，通過罐道長度范圍內(nèi)應(yīng)變和溫度的分布式監(jiān)測，建立方型鋼探傷值與應(yīng)變、溫度之間關(guān)系，確定罐道的磨損量和撓度值，實現(xiàn)罐道探傷深度和變形的實時監(jiān)測，并發(fā)出預(yù)警信息。本發(fā)明不需要井筒停工監(jiān)測，具有實時監(jiān)測、成本低、精度高的優(yōu)點，有效保障煤礦安全生產(chǎn)和井筒使用效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及立井罐道探傷監(jiān)測系統(tǒng)及方法，具體是立井罐道探傷和變形分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

罐道作為礦井提升系統(tǒng)的組成部分，其健康運行對煤炭安全開采和罐籠工作效率起重要作用。立井中罐籠沿著罐道運行過程中罐籠罐耳與罐道之間相互摩擦，易造成罐道探傷而磨損變薄，影響礦井生產(chǎn)和造成人員傷亡。

有關(guān)于立井罐道探傷監(jiān)測方面，主要采用射線監(jiān)測、幾何測距法、專業(yè)儀器法、振動加速度法。射線監(jiān)測是采用X射線探傷機(jī)對罐道方型鋼裂紋進(jìn)行監(jiān)測，此方法監(jiān)測精度高、鋼穿透厚度大，但井筒環(huán)境使用時儀器放置平穩(wěn)性要求高、減震性差。幾何測距法利用鋼絲繩吊重錘而保持豎直向下的基本原理，建立罐道與鋼絲繩的位置幾何關(guān)系，判斷罐道的變形情況，該方法對罐道監(jiān)測時，需要人工測量、監(jiān)測精度低。專業(yè)儀器法利用專業(yè)的斷面測量儀對罐道變形垂直位移進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)自主采集數(shù)據(jù)，但監(jiān)測設(shè)備主要采用電感式、振弦式傳感器，傳感器在井下易受溫度和電磁輻射干擾，存在精度低和漏檢問題。

針對立井罐道的探傷監(jiān)測問題，通過研制罐道中光纖布設(shè)系統(tǒng)，設(shè)計罐道探傷分布式光纖監(jiān)測方法，實時量測罐道長度范圍內(nèi)方型鋼深度和橫向范圍內(nèi)應(yīng)變、溫度分布，掌握罐道探傷，確保罐道的安全穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種立井罐道探傷和變形分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，解決罐道中傳感光纖布設(shè)方法，得到罐道沿線的應(yīng)變和溫度分布，獲取罐道使用過程中探傷和變形參量。

通過對罐道的應(yīng)變和溫度狀況的監(jiān)測，實現(xiàn)罐道探傷深度和變形撓度參量測定，便于及時發(fā)現(xiàn)罐道存在的安全隱患，確保立井提升系統(tǒng)的安全運行，保障人員安全和礦井生產(chǎn)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，根據(jù)罐道探傷和變形特點，將一體式應(yīng)變和溫度傳感光纖，封裝在罐道方型鋼內(nèi)部預(yù)留的小孔，把罐道方型鋼管中傳感光纖首尾串聯(lián)后與預(yù)留在井口的多芯傳感光纜連接并實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，經(jīng)分布式光纖解調(diào)儀將光電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最終與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)相連，得到罐道沿線范圍內(nèi)應(yīng)變和溫度分布，獲取罐道探傷深度和變形撓度，及時掌握罐道的健康狀況。

一種立井罐道探傷和變形分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于立井罐道布置，所述立井罐道為方型鋼管結(jié)構(gòu)，由至少兩個上下相鄰的方型鋼管連接而成，立井罐道的四周設(shè)置縱深方向的用于安裝傳感光纖的小孔；

所述小孔沿立井罐道的四周設(shè)置為多組，每組小孔沿立井罐道罐壁厚度由內(nèi)向外設(shè)置多個；

所述小孔內(nèi)緊密粘貼傳感光纖；

所述立井罐道兩端預(yù)留一定長度的傳感光纖，在每個立井罐道的接駁處，將上下罐道相同端口預(yù)留的傳感光纖熔接；

在立井井口和底部，將傳感光纖按光纖類型首尾相連方式熔接后，將立井井口附近預(yù)留的傳感光纖與多芯傳感光纜熔結(jié)后與分布式光纖解調(diào)儀連接，并連接到數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，測試罐道的應(yīng)變和溫度。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)由數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)組成，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，基于實測的罐道應(yīng)變和溫度，確定罐道探傷值、磨損值和罐道變形撓度值。

進(jìn)一步的，所述的傳感光纖為一體式應(yīng)變和溫度傳感光纖，應(yīng)變傳感光纖為纖芯與護(hù)套緊密并協(xié)調(diào)變形的結(jié)構(gòu)，溫度傳感光纖的結(jié)構(gòu)為松套包裹于纖芯，不受外界應(yīng)力影響。

進(jìn)一步的，每組小孔均包括至少一組應(yīng)變光纖安裝孔，和一組溫度光纖安裝孔，分別用于安裝應(yīng)變傳感光纖和溫度傳感光纖。