基于光纖光柵的煤礦巷道頂板水壓在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板水壓在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法,屬于煤礦巷道頂板水壓監(jiān)測系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)在井下上覆含水層巷道頂板每隔50m設(shè)置一個監(jiān)測測站,每個測站由水管、水閥、光纖光柵壓力傳感器和光纖光柵溫度傳感器串聯(lián)而成,光纖光柵溫度傳感器引出端光纖尾纖與通訊光纖連接,各個測站的通訊光纖通過終端盒與礦用傳輸光纜連接,礦用傳輸光纜與光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀的輸入端連接,光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀的輸出端與監(jiān)控服務器相連接,監(jiān)控服務器的處理結(jié)果通過局域網(wǎng)共享于各個終端設(shè)備。優(yōu)點:測溫精度高、安裝方便、抗干擾能力強、本質(zhì)防爆,在無需井下供電的情況下實現(xiàn)巷道頂板水害的長距離、不間斷的實時在線監(jiān)測,大大縮減礦井水害的響應時間。
【專利說明】 基于光纖光柵的煤礦巷道頂板水壓在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦巷道頂板水壓監(jiān)測系統(tǒng)及方法,具體是一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板水壓在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國重點煤礦受水威脅的煤炭儲量大約250億噸,其中受地表水體(江、河、湖、海等)、松散含水層、基巖含水層等水體威脅的煤炭儲量近100億噸。僅就受河流影響來看,就有200多個礦井受100余條大小河流威脅,而華北、華東、東北地區(qū)的煤田普遍被第四系和第三系松散層含水層覆蓋,造成其開采效益相對最好的淺部露頭區(qū)煤層開采困難。如果在煤礦日常的防治水工作中,對礦井各含水層水文地質(zhì)特征和開采情況進行監(jiān)測,掌握水文動態(tài)情況,及時發(fā)現(xiàn)危險征兆并采取防范措施,就能避免水害或減少水害的損失。
[0003]目前,突水的預測方法主要有:突水系數(shù)法、阻水系數(shù)法、突水指數(shù)法和經(jīng)驗公式法等。在這些方法中,承壓水的壓力是研究和預測突水問題最重要參量,所以對它的實時監(jiān)測是預測突水事故的重要依據(jù)。目前我國煤礦水壓監(jiān)測主要使用的是電類壓力傳感器,由于電信號遠距離傳輸不方便,需要在井下增加許多二次儀表、中繼器和電源等設(shè)備,傳輸成本高且可靠性差,嚴重限制了該類傳感器的實際應用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]技術(shù)問題:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足,本發(fā)明以實時監(jiān)測含水巖層水壓為基礎(chǔ)提供一種多測站、安裝方便、井下無需供電、抗電磁干擾、遠距離信號傳輸、本質(zhì)安全、測量精度高的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板水壓在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板水壓在線監(jiān)測系統(tǒng),包括光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀、監(jiān)控服務器、煤礦局域網(wǎng)、客戶端、礦用傳輸光纜、光纖終端盒、通訊光纖、光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵壓力傳感器、水閥和水管;在巷道頂板每隔50m布置一個監(jiān)測測站,每個測站由一個水管、一個水閥、一個光線光柵壓力傳感器和一個光纖光柵溫度傳感器串聯(lián)組成,將光纖光柵溫度傳感器引出端光纖尾纖與通信光纖鏈接,各測站的通訊光纖通過巷道中的光纖終端盒將通訊光纖與礦用傳輸光纜連接,礦用傳輸光纜與光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀的輸入端連接,光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀的輸出端與監(jiān)控服務器相連接,監(jiān)控服務器的數(shù)據(jù)處理結(jié)果通過煤礦局域網(wǎng)與客戶端進行數(shù)據(jù)共享,形成煤礦巷道頂板水壓全光纖通訊的實時在線監(jiān)測系統(tǒng)。
[0006]每個光纖光柵壓力傳感器都由另外一個光纖光柵溫度傳感器對其進行溫度補償。
[0007]礦用傳輸光纜通過光纖終端盒分為多個通道,各分通道分別連接通訊光纖。
[0008]所述的監(jiān)控服務器內(nèi)嵌基于光纖光柵的巷道頂板水壓監(jiān)測的軟件系統(tǒng),該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理結(jié)果實時畫面顯示、列表顯示、數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢、
報警預警。
[0009]巷道頂板水壓力的采集方法:在巷道頂板鉆孔,通過帶有水閥的水管連通含水層,利用光纖光柵傳感器采集壓力信息;該光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)具有實時性,該系統(tǒng)將光纖光柵壓力傳感器采集到的信號及光纖光柵溫度傳感器采集到的溫度補償信號通過通訊光纖及礦用傳輸光纜傳輸至光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀,通過光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀將光波信號解調(diào)為數(shù)字信號,然后傳輸至監(jiān)控服務器,通過服務器內(nèi)嵌的基于光纖光柵的巷道頂板水壓監(jiān)測的軟件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理,通過終端顯示器實時監(jiān)測巷道頂板含水巖層水壓,及時對頂板透水事故進行預報預警;監(jiān)控服務器內(nèi)嵌基于光纖光柵的巷道頂板水壓監(jiān)測的軟件系統(tǒng),具有數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理結(jié)果實時畫面顯示、列表顯示、數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢、報警預警;該監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果可通過局域網(wǎng)實現(xiàn)多終端實時監(jiān)測。
[0010]有益效果,由于采用了上述方案,采用對外界壓力和溫度十分敏感的光纖光柵傳感器作為采集煤礦頂板水壓信號的直接采集裝置,通過光纖光柵溫度傳感器作為補償裝置,以彌補光纖光柵壓力傳感器由于溫度變化而造成反射光譜的誤差,從而將精確的壓力反射光譜信號通過通訊光纖、光纖終端盒和礦用傳輸光纜傳輸?shù)降孛娴墓饫w光柵靜態(tài)解調(diào)儀中,將壓力反射光譜信號解調(diào)為數(shù)字信號,數(shù)字信號經(jīng)由監(jiān)控服務器中的軟件系統(tǒng)分析處理后將最終的數(shù)據(jù)處理結(jié)果分享于煤礦局域網(wǎng)中的客戶端,從而使客戶端前的工作人員實時的監(jiān)測井下巷道頂板水壓,從而實現(xiàn)井下水患的及時預警。由于光纖光柵采用光波信號感知頂板壓力和溫度變化,因而,頂板水壓監(jiān)測系統(tǒng)在井下無需供電的情況下便可運行且具有防爆性能。
[0011]優(yōu)點:測溫精度高、安裝方便、抗干擾能力強、本質(zhì)防爆,在無需井下供電的情況下通過光纖對水壓信號進行遠距離傳輸,實現(xiàn)巷道頂板水害的長距離、不間斷的實時在線監(jiān)測,大大縮減礦井水害的響應時間,為礦井的安全開采打下堅實的基礎(chǔ)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的水壓監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中,1、光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀;2、監(jiān)控服務器;3、煤礦局域網(wǎng);4、客戶端;5、礦用傳輸光纜;6、光纖終端盒;7、通訊光纖;8、光纖尾纖;9、光纖光柵溫度傳感器;10、水閥;
11、光纖光柵壓力傳感器;12、水管;13、巷道上覆含水層;14、巷道上覆巖層;15、監(jiān)測測站。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述:
[0015]實施例1:一種煤礦基于光纖光柵的煤礦巷道頂板水壓在線監(jiān)測系統(tǒng),在上覆含水層的巷道中每隔50m安裝一個監(jiān)測測站15,監(jiān)測系統(tǒng)的形成方式為:在巷道頂板鉆孔至巷道上覆含水層13,將帶有水閥的水管安裝至含水層,并將孔封好。將光纖光柵壓力傳感器11安裝于水管上,利用光纖熔接機熔接通過光線尾纖8將光纖光柵壓力傳感器11、光纖光柵溫度傳感器9和通訊光柵7串聯(lián)在一起,各個測站通訊光柵7通過終端盒6與礦用傳輸光纜5鏈接,礦用傳輸光纜5與光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀I的輸入端鏈接,光纖光柵解調(diào)儀I的輸出端與監(jiān)控服務器2相連接,監(jiān)控服務器內(nèi)嵌的處理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)加工處理后,通過煤礦局域網(wǎng)3將數(shù)據(jù)處理結(jié)果共享于客戶端,在終端顯示器上形成實時畫面顯示,從而形成巷道頂板水壓實時監(jiān)測系統(tǒng)。
[0016]每個光纖光柵壓力傳感器11都由另外一個光纖光柵溫度傳感器9對其進行溫度補償。
[0017]所述的光纖光柵壓力傳感器11、光線光柵溫度傳感器9和通訊光纖7串聯(lián)在一起的連接方式為光纖尾纖8通過光纖熔接機熔接連接在一起。
[0018]礦用傳輸光纜5通過光纖終端盒6分為多個通道,各分通道分別連接通訊光纖7。
[0019]巷道頂板水壓力的采集方法:在巷道頂板鉆孔,通過帶有水閥10的水管12連通含水層,利用光纖光柵傳感器采集壓力信息;該光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)具有實時性,該系統(tǒng)將光纖光柵壓力傳感器11采集到的信號及光纖光柵溫度傳感器9采集到的溫度補償信號通過通訊光纖及礦用傳輸光纜5傳輸至光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀1,通過光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀I將光波信號解調(diào)為數(shù)字信號,然后傳輸至監(jiān)控服務器2,通過服務器內(nèi)嵌的基于光纖光柵的巷道頂板水壓監(jiān)測的軟件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理,通過終端顯示器4實時監(jiān)測巷道頂板含水巖層水壓,及時對頂板透水事故進行預報預警;所述的監(jiān)控服務器內(nèi)嵌基于光纖光柵的巷道頂板水壓監(jiān)測的軟件系統(tǒng),該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理結(jié)果實時畫面顯示、列表顯示、數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢、報警預警。
[0020]該監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果可通過局域網(wǎng)實現(xiàn)多終端實時監(jiān)測。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板水壓在線監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于:該監(jiān)測系統(tǒng)包括光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀、監(jiān)控服務器、煤礦局域網(wǎng)、客戶端、礦用傳輸光纜、光纖終端盒、通訊光纖、光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵壓力傳感器、水閥和水管;在巷道頂板每隔50m布置一個監(jiān)測測站,每個測站由一個水管、一個水閥、一個光線光柵壓力傳感器和一個光纖光柵溫度傳感器串聯(lián)組成,將光纖光柵溫度傳感器引出端光纖尾纖與通信光纖連接,各測站的通訊光纖通過巷道中的光纖終端盒將通訊光纖與礦用傳輸光纜連接,礦用傳輸光纜與光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀的輸入端連接,光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀的輸出端與監(jiān)控服務器相連接,監(jiān)控服務器的數(shù)據(jù)處理結(jié)果通過煤礦局域網(wǎng)與客戶端進行數(shù)據(jù)共享。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板水壓在線監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于:每個光纖光柵壓力傳感器都由另外一個光纖光柵溫度傳感器對其進行溫度補m\-ΖΧ ο
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板水壓在線監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于:礦用傳輸光纜通過光纖終端盒分為多個通道,各分通道分別連接通訊光纖。
4.一種采用權(quán)利要求書I所述的一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板水壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的方法,其特征在于:巷道頂板水壓力的采集方法:在巷道頂板鉆孔,通過帶有水閥的水管連通含水層,利用光纖光柵傳感器采集壓力信息;該光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)具有實時性,該系統(tǒng)將光纖光柵壓力傳感器采集到的信號及光纖光柵溫度傳感器采集到的溫度補償信號通過通訊光纖及礦用傳輸光纜傳輸至光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀,通過光纖光柵靜態(tài)解調(diào)儀將光波信號解調(diào)為數(shù)字信號,然后傳輸至監(jiān)控服務器,通過服務器內(nèi)嵌的基于光纖光柵的巷道頂板水壓監(jiān)測的軟件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理,通過終端顯示器實時監(jiān)測巷道頂板含水巖層水壓,及時對頂板透水事故進行預報預警;監(jiān)控服務器內(nèi)嵌基于光纖光柵的巷道頂板水壓監(jiān)測的軟件系統(tǒng),具有數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理結(jié)果實時畫面顯示、列表顯示、數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢、報警預警;該監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果可通過局域網(wǎng)實現(xiàn)多終端實時監(jiān)測。
【文檔編號】G01L19/04GK103528749SQ201310511518
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】方新秋, 劉宗柱, 梁敏富, 劉曉寧 申請人:中國礦業(yè)大學