采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請涉及一種采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于包括：感溫光纖（1）、測溫裝置（2）、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)（3）、礦井環(huán)網(wǎng)（4）和監(jiān)控主機(jī)（5），感溫光纖（1）接入測溫裝置（2），測溫裝置（2）接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，環(huán)網(wǎng)交換機(jī)經(jīng)由礦井環(huán)網(wǎng)與監(jiān)控主機(jī)（5）連接。
【專利說明】采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及采空區(qū)溫度場監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，更具體地，涉及采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]綜采放頂煤是指在厚煤層中，沿煤層(或分段)底部布置一個采高2m?3m的長壁工作面，用常規(guī)方法進(jìn)行回采，利用礦山壓力的作用或輔以人工松動方法，使支架上方的頂煤破碎成散體后由支架后方(或上方)放出，并經(jīng)由刮板輸送機(jī)運(yùn)出工作面。二十世紀(jì)九十年代開始，我國開始試驗(yàn)和推廣綜采放頂煤技術(shù)，煤炭的效益和產(chǎn)量大幅提高，出現(xiàn)了一批年產(chǎn)千萬噸的特大型礦井，例如2011年補(bǔ)連塔煤礦生產(chǎn)原煤2620萬噸，大柳塔煤礦2510萬噸。但是與此同時給礦井煤自燃火災(zāi)的防治也帶來了新的問題:采空區(qū)冒落高度和空間增大，形成空洞，使得采空區(qū)“O”型圈遺留殘煤多，漏風(fēng)嚴(yán)重，自燃發(fā)火頻繁；另外端頭支架處頂煤放出率低甚至不放，順槽沿底板掘進(jìn)等原因都會增加煤自燃發(fā)火幾率。
[0003]煤自燃災(zāi)害一旦發(fā)生，由于火源的隱蔽性和不確定性將給防滅火工作造成極大的困難。每一場火災(zāi)的發(fā)生，輕則影響生產(chǎn)、毀壞設(shè)備、凍結(jié)大量煤炭資源，重則可能誘導(dǎo)瓦斯煤塵爆炸或火煙毒化礦井，釀成人員傷亡事故。因此在煤炭自燃早期對采空區(qū)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測顯得尤為重要。
[0004]常用的煤自燃監(jiān)測技術(shù)有:磁探測法、電阻率法、示蹤氣體法、測氡法、氣體指標(biāo)分析法、地質(zhì)雷達(dá)探測法、無線電波法、熱紅外溫度測量法及接觸式溫度測定法等。井下高溫區(qū)域周圍鐵性物質(zhì)多，煤層頂?shù)装搴兔褐蟹植嫉蔫F質(zhì)結(jié)核不均勻都給磁探測法監(jiān)測自燃火區(qū)帶來一定困難。井下雜散電流多致使電阻率法的監(jiān)測精度受限。示蹤氣體法對高溫點(diǎn)的具體位置與范圍的確定較為困難。測氡法在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、火區(qū)火源賦存較深、多煤層自燃的條件下，還必須進(jìn)一步分析和研究。氣體指標(biāo)分析法受限于煤層深度，無法確定煤層自燃位置和速度，干擾因素多并且可靠性差。地質(zhì)雷達(dá)探測自燃發(fā)火危險區(qū)域內(nèi)的火源點(diǎn)時，電磁波的衰減速度過快。無線電波法設(shè)備維護(hù)成本大，電磁波易受水、巖層、設(shè)備等影響快速衰減。熱紅外溫度測量法只能探測出物體表面與儀器垂直物體的溫度。接觸式溫度測定法預(yù)埋傳感器多，保護(hù)性差。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為了克服各種傳統(tǒng)方法對采空區(qū)煤自燃監(jiān)測的不足，本實(shí)用新型提供了 一種本質(zhì)安全、溫度真實(shí)可靠、范圍廣泛、監(jiān)測密度高的能滿足長距離立體空間監(jiān)測的采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。將該系統(tǒng)應(yīng)用于煤礦井下采空區(qū)遺煤自燃危險區(qū)域，可實(shí)時在線監(jiān)測采空區(qū)溫度場及其變化趨勢，并實(shí)現(xiàn)采空區(qū)煤自燃火災(zāi)特征溫度的分級預(yù)警和發(fā)火位置的判定，對礦井防滅火工作具有重要的指導(dǎo)作用，有效保障礦井的安全生產(chǎn)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于包括:感溫光纖(I)、測溫裝置(2)、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)(3)、礦井環(huán)網(wǎng)(4)和監(jiān)控主機(jī)(5)，感溫光纖(I)接入測溫裝置(2)，測溫裝置(2)接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，環(huán)網(wǎng)交換機(jī)經(jīng)由礦井環(huán)網(wǎng)與監(jiān)控主機(jī)(5)連接。
[0007]在如上所述的分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中，所述感溫光纖呈圓柱狀結(jié)構(gòu)。
[0008]在如上所述的分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中，所述感溫光纖由內(nèi)向外包括高強(qiáng)度緊包光纖(6)、金屬鋼管(7)、第一金屬編織網(wǎng)(8)、雙層鋼絲絞合層(9)、第二金屬編織網(wǎng)(10)和護(hù)套(11)。
[0009]在如上所述的分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中，所述金屬鋼管(7)包裹高強(qiáng)度緊包光纖(6)，所述第一金屬編織網(wǎng)(8)包裹金屬鋼管(7)，所述雙層鋼絲絞合層(9)包裹第一金屬編織網(wǎng)(8)，所述第二金屬編織網(wǎng)(10)包裹雙層鋼絲絞合層(9)，所述護(hù)套(11)包裹第二金屬編織網(wǎng)(10)。
[0010]在如上所述的分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中，所述感溫光纖(I)沿平行于綜放工作面的方向鋪設(shè)在液壓支架后部，然后沿進(jìn)回風(fēng)順槽底板和煤壁交界線或者與該交界線平行的方向鋪設(shè)至采空區(qū)附近的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)(3)所在位置，并且/或者沿進(jìn)回風(fēng)順槽頂板和煤壁交界線或者與該交界線平行的方向鋪設(shè)至采空區(qū)附近的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)(3)所在位置，然后接入測溫裝置(2)的接口。
[0011]在如上所述的分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中，所述感溫光纖(I)、測溫裝置(2)、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)(3 )位于礦井下，監(jiān)控主機(jī)(5 )位于礦井上。
[0012]本實(shí)用新型的采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)采用的感溫光纖集傳感與傳輸于一體，即只需要感溫光纖而無需其他設(shè)備就可完成對整個監(jiān)測回路溫度的采集和傳輸，結(jié)構(gòu)簡單、布置方便，定位精度高，能準(zhǔn)確探測起伏不定的溫度變化。感溫光纖輸出功率不足10毫瓦，功耗低，本質(zhì)安全、運(yùn)行穩(wěn)定，不受電磁干擾。高強(qiáng)度的感溫光纖適合井下的惡劣環(huán)境，抗破壞性強(qiáng)，靈敏度高，所測溫度連續(xù)，密度高，不存在盲點(diǎn)，信號檢測傳輸距離遠(yuǎn)，適于在采空區(qū)復(fù)雜環(huán)境中使用，尤其適用于高瓦斯礦井綜放開采采空區(qū)溫度場的監(jiān)測預(yù)警，在采空區(qū)自燃隱蔽區(qū)域溫度場高密度網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測中具有廣闊的應(yīng)用前景和工程價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本實(shí)用新型的增強(qiáng)型礦用阻燃感溫光纖的橫截面圖。
[0015]圖3A為本實(shí)用新型的感溫光纖的布置的示意圖。
[0016]圖3B為整個系統(tǒng)的布置的示意圖。
[0017]圖4為本實(shí)用新型的監(jiān)控主機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]現(xiàn)在將按照附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。注意，實(shí)施例中的組件的相對布置和器件的形狀僅被描述為例子，并且并不旨在將本實(shí)用新型的范圍限制于這些例子。此外，相似的附圖標(biāo)記和字母在圖中指代類似的項(xiàng)，由此，只要在一個圖中定義一項(xiàng)，則無需對于后續(xù)的圖討論該項(xiàng)。
[0019]以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的內(nèi)容加以詳細(xì)說明。[0020]圖1為本實(shí)用新型的采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實(shí)用新型所述的一種采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)包括:增強(qiáng)型礦用阻燃感溫光纖1、礦用分布式光纖測溫裝置2、礦用以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)3、以太環(huán)網(wǎng)4和監(jiān)控主機(jī)5。所述增強(qiáng)型礦用阻燃感溫光纖I位于礦井下(圖中的虛線下部)來感觸采空區(qū)的溫度，礦用分布式光纖測溫裝置2與所述感溫光纖I連接。并且測溫裝置2經(jīng)由以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)3連接到以太環(huán)網(wǎng)4，從而將所感測的溫度傳送至與以太環(huán)網(wǎng)4連接的監(jiān)控主機(jī)5。
[0021]本實(shí)用新型所述的礦用分布式光纖測溫裝置是通過感溫光纖作為采集和傳感器來定位測量溫度的光學(xué)儀器。采用光時域技術(shù)，結(jié)合光纖拉曼散射理論，利用反斯托克斯光強(qiáng)和斯托克斯光強(qiáng)的比值解算出環(huán)境溫度，并實(shí)現(xiàn)光纖沿線溫度場的分布式測量。目前對分布式光纖測溫主機(jī)的研究較為成熟，此處不再贅述。
[0022]下面詳細(xì)描述增強(qiáng)型礦用阻燃感溫光纖I。圖2為本實(shí)用新型的增強(qiáng)型礦用阻燃感溫光纖I的橫截面圖。如圖2所示，本實(shí)用新型所述的增強(qiáng)型礦用阻燃感溫光纖I耐溫可達(dá)200°C，呈圓柱狀結(jié)構(gòu)。由內(nèi)向外包括'2根型號為GI62.5/125 μ m的高強(qiáng)度緊包光纖
6、金屬鋼管7、第一金屬編織網(wǎng)8、雙層鋼絲絞合層9、第二金屬編織網(wǎng)10和聚四氟乙烯護(hù)套11。所述金屬鋼管7包裹住2根型號為GI62.5/125 μ m的獨(dú)立光纖構(gòu)成的高強(qiáng)度緊包光纖6，所述高強(qiáng)度緊包光纖6置于金屬鋼管7內(nèi)，所述第一金屬編織網(wǎng)8包裹住金屬鋼管7，所述雙層鋼絲絞合層9包裹住第一金屬編織網(wǎng)8，所述第二金屬編織網(wǎng)10包裹住雙層鋼絲絞合層9，所述聚四氟乙烯護(hù)套11包裹住第二金屬編織網(wǎng)10。由于采空區(qū)垮落時沖擊壓力巨大，具有上述結(jié)構(gòu)的感溫光纖可以增強(qiáng)對礦用感溫光纖的保護(hù)，以防砸斷，保障對采空區(qū)溫度場的有效監(jiān)測。
[0023]下面參照圖3A和3B描述采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的布置。圖中的部件僅是為了示意目的，所描繪的尺寸和比例以及相對布局也僅是示意。實(shí)際中的各部件的尺寸和比例以及相對布局將根據(jù)所應(yīng)用場景而決定。
[0024]圖3A為本實(shí)用新型的感溫光纖布置的示意圖，該圖為從礦井上面看時的透視性的頂視立體示意圖。下面首先描述該圖的各個構(gòu)成部分。圖中從上到下為礦井開采綜放工作面的推進(jìn)方向。上部沿水平方向的2根粗線以及與之相連的豎直方向的2根粗線為感溫光纖I。上部的立方體為礦井采空區(qū)8。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，采空區(qū)的實(shí)際形狀并不限于圖示形狀。中間的立方體為液壓支架7。最下面的矩形面為綜放工作面6。綜放工作面6下面的寬箭頭為綜放工作面6生產(chǎn)時的推進(jìn)方向。下部兩側(cè)的箭頭為進(jìn)回風(fēng)順槽(未示出)的空氣流動方向。實(shí)際礦井中，與所述礦井采空區(qū)8兩側(cè)緊挨的部分為煤壁(圖中未示出)。
[0025]下面描述感溫光纖的布置。如圖3A中的頂部的沿水平方向的粗線所示，本實(shí)用新型所述的兩條增強(qiáng)型礦用阻燃感溫光纖I均沿平行于綜放工作面6的方向鋪設(shè)在液壓支架7后部的礦井采空區(qū)8中。下部的一條感溫光纖接著沿進(jìn)回風(fēng)順槽底板(未示出)和煤壁(未示出)的交界線9鋪設(shè)至采空區(qū)附近中央變電所環(huán)網(wǎng)交換機(jī)3所在位置(如圖3B所示)。上部的一條光纖接著沿進(jìn)回風(fēng)順槽頂板(未示出)和煤壁(未示出)的交界線10鋪設(shè)至采空區(qū)附近中央變電所環(huán)網(wǎng)交換機(jī)3所在位置(如圖3B所示)。雖然圖中示出了兩條感溫光纖，但是實(shí)際上可以根據(jù)需要鋪設(shè)一條或者三條以上的感溫光纖。在一條或三條以上的感溫光纖的情況下，增強(qiáng)型礦用阻燃感溫光纖I仍然是首先沿平行于綜放工作面6的方向鋪設(shè)在液壓支架7后部的礦井采空區(qū)8中，然后感溫光纖I沿平行于進(jìn)回風(fēng)順槽頂板(未示出)和煤壁(未示出)的交界線10的方向或者平行于進(jìn)回風(fēng)順槽底板(未示出)和煤壁(未示出)的交界線10的方向鋪設(shè)至采空區(qū)附近中央變電所環(huán)網(wǎng)交換機(jī)3所在位置(如圖3B所示)。
[0026]下面描述包括感溫光纖的整個系統(tǒng)的布置。如圖3B所示，增強(qiáng)型礦用阻燃感溫光纖I在采空區(qū)附近中央變電所環(huán)網(wǎng)交換機(jī)3所在位置接入礦用光纖分布式測溫裝置2的光纖接口，礦用光纖分布式測溫裝置2通過RJ45 口(未示出)經(jīng)由礦用阻燃屏蔽網(wǎng)線接入礦用以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)3，以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)3通過礦用通信光纜經(jīng)過井下以太環(huán)網(wǎng)4通過網(wǎng)線連接到監(jiān)控主機(jī)5。監(jiān)控主機(jī)5通過監(jiān)控軟件進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測。
[0027]下面參照圖4描述監(jiān)控主機(jī)5的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，所述監(jiān)控主機(jī)5包括:數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊和數(shù)據(jù)庫。所述數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊均與數(shù)據(jù)庫連接。所述監(jiān)控主機(jī)5可實(shí)時顯示全程分區(qū)圖及其溫度分布曲線，重點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)的溫度隨時間變化曲線，具有定溫報警(設(shè)定最大溫度/最低溫度值)、差溫報警(實(shí)時溫度與平均溫度差別過大，用于判別局部過熱點(diǎn))、溫升過快報警、光纖破壞報警、裝置異常等報警功能，能對測量區(qū)域在長度上進(jìn)行分區(qū)，至少可分為128個區(qū)，對某些區(qū)域進(jìn)行局部重點(diǎn)監(jiān)測和分區(qū)報警，可以查詢歷史數(shù)據(jù)并顯示或打印歷史曲線，具有TCP/IP接入功能等，可實(shí)現(xiàn)對采空區(qū)煤自燃特征溫度進(jìn)行提取、判識和預(yù)警，根據(jù)礦井煤自燃特征溫度信息實(shí)現(xiàn)對采空區(qū)溫度場三維立體高密度網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測預(yù)
目O
[0028]將本實(shí)用新型的采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用于煤礦井下采空區(qū)遺煤自燃危險區(qū)域，可實(shí)時在線監(jiān)測采空區(qū)溫度場及其變化趨勢，并實(shí)現(xiàn)采空區(qū)煤自燃火災(zāi)特征溫度的分級預(yù)警和發(fā)火位置的判定，對礦井防滅火工作具有重要的指導(dǎo)作用，有效保障礦井的安全生廣。
[0029]本實(shí)用新型并不僅限于上述【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)作出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于包括:感溫光纖(I)、測溫裝置(2)、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)(3)、礦井環(huán)網(wǎng)(4)和監(jiān)控主機(jī)(5)， 感溫光纖(I)接入測溫裝置(2)，測溫裝置(2)接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，環(huán)網(wǎng)交換機(jī)經(jīng)由礦井環(huán)網(wǎng)與監(jiān)控主機(jī)(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述感溫光纖呈圓柱狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述感溫光纖由內(nèi)向外包括高強(qiáng)度緊包光纖(6)、金屬鋼管(7)、第一金屬編織網(wǎng)(8)、雙層鋼絲絞合層(9)、第二金屬編織網(wǎng)(10)和護(hù)套(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于: 所述金屬鋼管(7)包裹高強(qiáng)度緊包光纖(6)，所述第一金屬編織網(wǎng)(8)包裹金屬鋼管(7)，所述雙層鋼絲絞合層(9)包裹第一金屬編織網(wǎng)(8)，所述第二金屬編織網(wǎng)(10)包裹雙層鋼絲絞合層(9)，所述護(hù)套(11)包裹第二金屬編織網(wǎng)(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于: 所述感溫光纖(I)沿平行于綜放工作面的方向鋪設(shè)在液壓支架后部，然后沿進(jìn)回風(fēng)順槽底板和煤壁交界線或者與該交界線平行的方向鋪設(shè)至采空區(qū)附近的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)(3)所在位置，并且/或者沿進(jìn)回風(fēng)順槽頂板和煤壁交界線或者與該交界線平行的方向鋪設(shè)至采空區(qū)附近的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)(3)所在位置，然后接入測溫裝置(2)的接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)溫度場分布式光纖監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于: 所述感溫光纖(I)、測溫裝置(2)、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)(3)位于礦井下，監(jiān)控主機(jī)(5)位于礦井上。
【文檔編號】E21F17/18GK203531962SQ201320442018
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】鄧軍, 王偉峰, 馬礪, 陳曉坤, 吳慷 申請人:西安科技大學(xué)