基于光纖光柵傳感的煤礦井筒凍結(jié)壁溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)的一種基于光纖光柵傳感的煤礦井筒凍結(jié)壁溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法,采用無(wú)縫鋼管作為光纖光柵傳感受載體，在管內(nèi)布置光柵溫度傳感器并采用有機(jī)材料進(jìn)行增敏灌封，選取一定數(shù)量?jī)鼋Y(jié)孔作為測(cè)點(diǎn)布設(shè)光纖光柵傳感裝置并隨著鉆孔深度的增加進(jìn)行串接，接入光柵光纖解調(diào)設(shè)備將信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采集并處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)凍結(jié)壁進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。本發(fā)明監(jiān)測(cè)精度顯著優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段，降低監(jiān)測(cè)誤差，避免及降低可能的錯(cuò)誤施工決策；抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)源工作，不需供電也不存在電信號(hào)和電子器件，避免局部溫度擾動(dòng)，有效避免噪音數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性好；采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)時(shí)性高，能滿足不同方面的要求，為煤礦立井井筒凍結(jié)法施工進(jìn)行指導(dǎo)。
【專利說(shuō)明】 基于光纖光柵傳感的煤礦井筒凍結(jié)壁溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦井筒施工監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于光纖光柵傳感的煤礦井筒凍結(jié)壁溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦立井井筒在不穩(wěn)定表土層或隔絕地下水施工時(shí)，一般采取特殊施工方法才能順利通過(guò)，目前凍結(jié)法的使用非常廣泛。凍結(jié)法歷史較為悠久，在理論上和實(shí)踐上都已經(jīng)較為成熟。采用凍結(jié)法施工時(shí)，煤礦立井井筒的開(kāi)挖必須選擇合適的時(shí)間，當(dāng)凍結(jié)壁已經(jīng)形成而又尚未凍至井筒范圍以內(nèi)時(shí)凍結(jié)壁的穩(wěn)定性較好，是井筒開(kāi)挖時(shí)機(jī)的最佳選擇，否則可能不利于井筒的掘進(jìn)或者造成涌水冒砂事故，這就對(duì)煤礦立井井筒凍結(jié)壁的溫度監(jiān)測(cè)提出了嚴(yán)苛的工藝要求。但在目前的井筒凍結(jié)施工中，一般采用在凍結(jié)孔周圍布置測(cè)溫孔、根據(jù)測(cè)溫孔的監(jiān)測(cè)溫度來(lái)推算凍結(jié)壁厚度的方法，該方法存在很多缺點(diǎn):一，只能反應(yīng)凍結(jié)壁的局部發(fā)展情況，存在大量的盲點(diǎn)，無(wú)法反應(yīng)整個(gè)凍結(jié)壁的發(fā)展情況；二，當(dāng)凍結(jié)壁尚未形成交圈時(shí)，通過(guò)測(cè)溫孔的數(shù)據(jù)來(lái)判斷凍結(jié)壁的情況會(huì)有很大誤差；三，目前采用的傳統(tǒng)凍結(jié)壁測(cè)溫設(shè)備主要有測(cè)溫孔內(nèi)布置銅-康銅熱電偶串、熱敏電阻式數(shù)字單點(diǎn)測(cè)溫儀等，存在維護(hù)技術(shù)難度高、易損壞、在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)難度大等缺點(diǎn)。近年來(lái)，隨著光纖光柵制作技術(shù)的迅猛發(fā)展，光纖光柵傳感技術(shù)迅速崛起。相比較傳統(tǒng)的傳感器，光纖光柵傳感器優(yōu)點(diǎn)頗多，如:抗電磁干擾、抗腐蝕、電絕緣、高靈敏度等，并且容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化及實(shí)時(shí)化監(jiān)測(cè)，為煤礦立井井筒凍結(jié)壁溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)源工作、避免局部溫度擾動(dòng)、有效避免噪音數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性好的基于光纖光柵傳感技術(shù)的煤礦井筒凍結(jié)壁溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明的基于光纖光柵傳感煤礦井筒凍結(jié)壁溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0005]步驟一、根據(jù)煤礦井筒施工條件制備光纖光柵傳感裝置:
[0006]A、采用兩端車絲的無(wú)縫鋼管作為光纖光柵傳感受載體及保護(hù)管，并選用相應(yīng)的高防漏活接頭作為鋼管連接件；
[0007]B、以無(wú)縫鋼管中點(diǎn)為對(duì)稱點(diǎn)，在無(wú)縫鋼管內(nèi)用長(zhǎng)Ilm的光纖對(duì)稱布置串接三組間隔4m并編號(hào)的光柵溫度傳感器，將光纖用耐低溫易固化膠水粘貼固定于無(wú)縫鋼管內(nèi)壁，其中第一組位于無(wú)縫鋼管中點(diǎn)，其他兩組分別位于兩側(cè)與中點(diǎn)間隔為4m處，即與無(wú)縫鋼管兩端間隔為2m，將兩端的光纖接頭引出無(wú)縫鋼管；
[0008]C、采用熱膨脹系數(shù)較高的橡膠或樹(shù)脂有機(jī)材料，如環(huán)氧樹(shù)脂類膠，對(duì)無(wú)縫鋼管內(nèi)的光柵傳感器及光纖進(jìn)行增敏灌封封裝，以保護(hù)光柵光纖并提高溫度靈敏度，灌封時(shí)無(wú)縫鋼管兩端內(nèi)各留0.5m長(zhǎng)的接合間隙；[0009]D、將橡膠保護(hù)管裹套在兩端光纖接頭上，以保護(hù)光纖外露部分，完成光纖光柵傳感裝置的制備；
[0010]步驟二、選擇測(cè)點(diǎn)，在井筒凍結(jié)孔內(nèi)布設(shè)光纖光柵傳感裝置:
[0011]A、根據(jù)凍結(jié)孔的設(shè)置情況、凍結(jié)壁的設(shè)計(jì)厚度及溫度監(jiān)測(cè)范圍的要求，選取多個(gè)凍結(jié)孔作為測(cè)點(diǎn)；
[0012]B、在現(xiàn)場(chǎng)用鉆機(jī)鉆進(jìn)施工凍結(jié)孔的同時(shí)，在測(cè)點(diǎn)孔內(nèi)布設(shè)多個(gè)光纖光柵傳感裝置；
[0013]C、隨著鉆孔深度的增加，將多個(gè)光纖光柵傳感裝置進(jìn)行串接，先將上一光纖光柵傳感裝置上端的光纖接頭與下一光纖光柵傳感裝置下端的光纖接頭進(jìn)行串接，并固定于無(wú)縫鋼管端口以內(nèi)，用有機(jī)材料進(jìn)行封裝保護(hù)，然后將無(wú)縫鋼管上一光纖光柵傳感裝置無(wú)縫鋼管的上端與下一光纖光柵傳感裝置無(wú)縫鋼管的下端用活接頭進(jìn)行連接，后面光纖光柵傳感裝置的連接依次類推，如此反復(fù)，直到鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度，埋設(shè)好多個(gè)光纖光柵傳感裝置；
[0014]步驟三、接入光柵光纖解調(diào)設(shè)備，將信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè):
[0015]A、將各測(cè)點(diǎn)埋設(shè)完畢的光纖光柵傳感裝置地表外露的光纖接頭接入礦用光纜；
[0016]B、將礦用光纜接入光柵光纖解調(diào)設(shè)備；
[0017]C、將光柵光纖解調(diào)設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，從而將解調(diào)信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；
[0018]D、通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采集并處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)凍結(jié)壁進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。
[0019]有益效果:本發(fā)明采用無(wú)縫鋼管作為光纖光柵傳感受載體，在管內(nèi)布置光柵溫度傳感器并采用有機(jī)材料進(jìn)行增敏灌封，選取一定數(shù)量?jī)鼋Y(jié)孔作為測(cè)點(diǎn)布設(shè)光纖光柵傳感裝置并隨著鉆孔深度的增加進(jìn)行串接，接入光柵光纖解調(diào)設(shè)備將信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采集并處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)凍結(jié)壁進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。本發(fā)明監(jiān)測(cè)精度顯著優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段，降低監(jiān)測(cè)誤差，避免及降低可能的錯(cuò)誤施工決策；抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)源工作，不需供電也不存在電信號(hào)和電子器件，避免局部溫度擾動(dòng)，有效避免噪音數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性好；采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)時(shí)性高，能滿足不同方面的要求，為煤礦立井井筒凍結(jié)法施工進(jìn)行指導(dǎo)。本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、采用光纖光柵傳感并采用增敏封裝，監(jiān)測(cè)精度顯著優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段，降低監(jiān)測(cè)誤差，避免及降低可能的錯(cuò)誤施工決策；
[0021]2、抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)源工作，不需供電也不存在電信號(hào)和電子器件，避免局部溫度擾動(dòng)，有效避免噪音數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性好；
[0022]3、采用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理及監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)性高，且數(shù)據(jù)能即時(shí)顯示查閱，能滿足不同方面的要求，為煤礦立井井筒凍結(jié)法施工進(jìn)行指導(dǎo)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明的煤礦光纖光柵傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明的煤礦立井井筒凍結(jié)孔測(cè)點(diǎn)布置平面圖。
[0025]圖3為本發(fā)明的煤礦凍結(jié)孔測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖。[0026]圖中:1-無(wú)縫鋼管，2-光柵溫度傳感器，3-光纖，4-橡膠或樹(shù)脂有機(jī)材料，5-高防漏光纖接頭，6-凍結(jié)孔，7-測(cè)點(diǎn)孔，8-井筒，9-礦用光纜，10-光柵光纖解調(diào)設(shè)備，11-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:
[0028]實(shí)施例1:本發(fā)明基于光纖光柵傳的煤礦井筒凍結(jié)壁溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0029]步驟一、根據(jù)煤礦井筒施工條件合理設(shè)計(jì)光纖光柵傳感裝置:
[0030]A、采用兩端車絲的無(wú)縫鋼管I作為光纖光柵傳感受載體及保護(hù)管，為不影響凍結(jié)效果并提高檢測(cè)精度，因凍結(jié)孔孔徑一般為160?200mm，無(wú)縫鋼管規(guī)格一般選用公稱外徑32mm、壁厚8mm、長(zhǎng)度IOm的低碳鋼無(wú)縫鋼管，根據(jù)凍結(jié)孔實(shí)際孔徑大小可適當(dāng)調(diào)整鋼管規(guī)格參數(shù)，并選用相應(yīng)的高防漏光纖接頭5作為鋼管連接件；
[0031]B、以無(wú)縫鋼管I中點(diǎn)為對(duì)稱點(diǎn)，在鋼管內(nèi)用長(zhǎng)Ilm的光纖3對(duì)稱布置串接三組間隔4m并合理編號(hào)的光柵溫度傳感器2，將光纖3用耐低溫易固化膠水粘貼固定于無(wú)縫鋼管I內(nèi)壁，三組光柵溫度傳感器2中的第一組位于鋼管中點(diǎn)，其他兩組分別位于兩側(cè)與中點(diǎn)間隔為4m處，與無(wú)縫鋼管I兩端間隔為2m，將兩端的光纖接頭引出無(wú)縫鋼管I ;
[0032]C、采用熱膨脹系數(shù)較高的橡膠或樹(shù)脂有機(jī)材料4，如環(huán)氧樹(shù)脂類膠，對(duì)無(wú)縫鋼管I內(nèi)的3個(gè)光柵傳感器及光纖3進(jìn)行增敏灌封封裝，以保護(hù)光柵光纖并提高溫度靈敏度，灌封時(shí)鋼管兩端內(nèi)應(yīng)各留0.5m長(zhǎng)的接合間隙；
[0033]D、用橡膠保護(hù)管裹套在兩端高防漏光纖接頭5上，以保護(hù)光纖外露部分，完成光纖光柵傳感裝置的制備；
[0034]步驟二、選擇測(cè)點(diǎn)，在井筒8的凍結(jié)孔6內(nèi)布設(shè)光纖光柵傳感裝置:
[0035]A、根據(jù)凍結(jié)孔的設(shè)計(jì)布置情況、凍結(jié)壁的設(shè)計(jì)厚度及溫度監(jiān)測(cè)范圍的要求，選取多個(gè)凍結(jié)孔6作為測(cè)點(diǎn)；
[0036]B、在現(xiàn)場(chǎng)用鉆機(jī)鉆進(jìn)施工凍結(jié)孔6的同時(shí)，在測(cè)點(diǎn)孔7內(nèi)布設(shè)多個(gè)光纖光柵傳感
裝置；
[0037]C、隨著鉆孔深度的增加，將多個(gè)光纖光柵傳感裝置進(jìn)行串接，先將上一光纖光柵傳感裝置上端的光纖接頭與下一光纖光柵傳感裝置下端的光纖接頭進(jìn)行串接，并固定于無(wú)縫鋼管端口以內(nèi)，用有機(jī)材料進(jìn)行封裝保護(hù)，然后將無(wú)縫鋼管上一光纖光柵傳感裝置無(wú)縫鋼管的上端與下一光纖光柵傳感裝置無(wú)縫鋼管的下端用活接頭進(jìn)行連接，后面光纖光柵傳感裝置的連接依次類推，如此反復(fù)，直到鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度，埋設(shè)好多個(gè)光纖光柵傳感裝置；
[0038]步驟三、接入光柵光纖解調(diào)設(shè)備10，將信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)11進(jìn)行處理和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè):
[0039]A、將各測(cè)點(diǎn)埋設(shè)完畢的光纖光柵傳感裝置地表外露的光纖接頭接入礦用光纜9 ；
[0040]B、將礦用光纜接入光柵光纖解調(diào)設(shè)備；
[0041]C、將光柵光纖解調(diào)設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，從而將解調(diào)信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； [0042] D、通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采集并處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)凍結(jié)壁進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。
【權(quán)利要求】
1.基于光纖光柵傳感的煤礦井筒凍結(jié)壁溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、根據(jù)煤礦井筒施工條件制備光纖光柵傳感裝置: A、采用兩端車絲的無(wú)縫鋼管作為光纖光柵傳感受載體及保護(hù)管，并選用相應(yīng)的高防漏活接頭作為鋼管連接件； B、以無(wú)縫鋼管中點(diǎn)為對(duì)稱點(diǎn)，在無(wú)縫鋼管內(nèi)用長(zhǎng)Ilm的光纖對(duì)稱布置串接三組間隔4m并編號(hào)的光柵溫度傳感器，將光纖用耐低溫易固化膠水粘貼固定于無(wú)縫鋼管內(nèi)壁，其中第一組位于無(wú)縫鋼管中點(diǎn)，其他兩組分別位于兩側(cè)與中點(diǎn)間隔為4m處，即與無(wú)縫鋼管兩端間隔為2m，將兩端的光纖接頭引出無(wú)縫鋼管； C、采用熱膨脹系數(shù)較高的橡膠或樹(shù)脂有機(jī)材料，如環(huán)氧樹(shù)脂類膠，對(duì)無(wú)縫鋼管內(nèi)的光柵傳感器及光纖進(jìn)行增敏灌封封裝，以保護(hù)光柵光纖并提高溫度靈敏度，灌封時(shí)無(wú)縫鋼管兩端內(nèi)各留0.5m長(zhǎng)的接合間隙； D、將橡膠保護(hù)管裹套在兩端光纖接頭上，以保護(hù)光纖外露部分，完成光纖光柵傳感裝置的制備； 步驟二、選擇測(cè)點(diǎn)，在井筒凍結(jié)孔內(nèi)布設(shè)光纖光柵傳感裝置: A、根據(jù)凍結(jié)孔的設(shè)置情況、凍結(jié)壁的設(shè)計(jì)厚度及溫度監(jiān)測(cè)范圍的要求，選取多個(gè)凍結(jié)孔作為測(cè)點(diǎn)； B、在現(xiàn)場(chǎng)用鉆機(jī)鉆進(jìn)施工凍結(jié)孔的同時(shí)，在測(cè)點(diǎn)孔內(nèi)布設(shè)多個(gè)光纖光柵傳感裝置； C、隨著鉆孔深度的增加，將多個(gè)光纖光柵傳感裝置進(jìn)行串接，先將上一光纖光柵傳感裝置上端的光纖接頭與下一光纖光柵傳感裝置下端的光纖接頭進(jìn)行串接，并固定于無(wú)縫鋼管端口以內(nèi)，用有機(jī)材料進(jìn)行封裝保護(hù)，然后將無(wú)縫鋼管上一光纖光柵傳感裝置無(wú)縫鋼管的上端與下一光纖光柵傳感裝置無(wú)縫鋼管的下端用活接頭進(jìn)行連接，后面光纖光柵傳感裝置的連接依次類推，如此反復(fù)，直到鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度，埋設(shè)好多個(gè)光纖光柵傳感裝置； 步驟三、接入光柵光纖解調(diào)設(shè)備，將信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè): A、將各測(cè)點(diǎn)埋設(shè)完畢的光纖光柵傳感裝置地表外露的光纖接頭接入礦用光纜； B、將礦用光纜接入光柵光纖解調(diào)設(shè)備； C、將光柵光纖解調(diào)設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，從而將解調(diào)信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； D、通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采集并處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)凍結(jié)壁進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01K11/32GK103528712SQ201310514077
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)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, 劉曉寧, 梁敏富, 薛廣哲, 袁保寧 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)