光纖煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)

發(fā)布時間：2020/06/17 10:09:38

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來源：未知

案例介紹

1. 系統(tǒng)介紹

隨著我國煤礦開采深度的增加，以及開采條件越來越復(fù)雜，我國的沖擊礦壓現(xiàn)象越來越多，危害也越來越大，聚積在礦井巷道和采場周圍煤巖體中的能量突然釋放，在井巷發(fā)生爆炸性事故，動力會將煤巖拋向巷道，同時發(fā)出強(qiáng)烈聲響，造成煤巖體振動和煤巖體破壞，支架與設(shè)備損壞，人員傷亡，部分巷道塌落破壞，還會引發(fā)或可能引發(fā)其他礦井災(zāi)害，尤其是瓦斯、煤塵爆炸、火災(zāi)以及水災(zāi)，干擾通風(fēng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時造成地面震動和建筑物破壞等。當(dāng)沖擊礦壓發(fā)生時會對井下巷道、礦工以及地表建筑物造成影響。

傳統(tǒng)的煤礦頂板的位移，水位和滲壓傳感監(jiān)測系統(tǒng)主要基于電子式和機(jī)械式傳感器，機(jī)械式傳感器存在不可靠，不能實(shí)時在線顯示，而電子式容易受到環(huán)境溫度，濕度和電磁干擾，易漂移，重復(fù)性和長期穩(wěn)定性很差。因此我們采用目前比較先進(jìn)的光纖光柵傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤礦底板的安全檢測。目前光纖光柵傳感器用于大型結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測已經(jīng)在很多方面開展了研究，例如大橋、大壩、高樓等，這方面的研究也已經(jīng)有很多。但是煤礦底板與上述建筑物有很大差異。因此，在借鑒水利及高邊坡工程中的監(jiān)測技術(shù)時，為了實(shí)現(xiàn)對于煤礦頂板安全檢測，我們進(jìn)行了大量的研究工作，完成了基于光纖傳感技術(shù)的頂板綜合監(jiān)測系統(tǒng)。

1.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

多點(diǎn)位移、礦壓實(shí)時在線監(jiān)測；

測量精度更精確；

監(jiān)測傳感器無需供電，本質(zhì)安全；

信息通過光信號傳輸，不受電磁干擾，防潮濕；

校準(zhǔn)周期長，節(jié)約人力物力成本；

系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，容易擴(kuò)展。

1.2 系統(tǒng)軟件功能介紹

顯示功能：立體流程畫面的顯示功能；具有多種類型圖表、系統(tǒng)圖、曲線圖、棒圖等，用戶界面更加直觀。

分析功能：歷史趨勢顯示，對未來趨勢進(jìn)行評估，提供檢修參考信息；

報警功能：根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定不同地點(diǎn)的報警級別及地理位置名稱；系統(tǒng)可設(shè)置聲音報警功能；

上傳功能：實(shí)時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳，輕松實(shí)現(xiàn)無人值守。

自檢功能：系統(tǒng)中某一個傳感器出現(xiàn)故障，能夠通過軟件甄別出故障傳感器。

表格定制：用戶可定制各種表格：實(shí)時數(shù)據(jù)表、歷史數(shù)據(jù)及統(tǒng)計報表、報警一覽表等。

查詢功能：可以在系統(tǒng)圖上直接查詢設(shè)備信息、運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)等。

1.3系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

系統(tǒng)參數(shù)：

指標(biāo) 參數(shù)

單通道傳感器 5-18(根據(jù)傳感器量程定)

通道數(shù)量 1-64

測溫范圍 -40℃～+200℃

測溫精度 ±0.5℃

測溫分辨率 0.1℃

應(yīng)變量程 ±1000 με(可定制±2000με、±3000με)

應(yīng)變分辨率 0.05% F.S.

應(yīng)變精度 1% F.S.

位移量程 0-100 mm (可定制)

位移分辨率 0.05% F.S.

位移精度 0.5% F.S.

壓力量程 0-100 MPa (可定制)

壓力分辨率 0.05% F.S.

壓力精度 0.5 % F.S.

供電方式 AC220V /50Hz

通訊接口 RS232/10M以太網(wǎng)

系統(tǒng)軟件基于Windows操作系統(tǒng)

光纖頂板離層傳感器：

測量點(diǎn)數(shù)（個） 2

最大量程(mm) 200

讀數(shù)精度（mm） 1

安裝錨孔直徑（mm） Ф28、Ф42

位移的要求

光纖礦壓傳感器：

量程： 0～60MPa

分辨率： 0.1%（F.S.）Mpa

精度： ±1%（F.S.）

測量點(diǎn)數(shù) ： 2點(diǎn)

引壓孔： Φ10mm（KJ10國標(biāo)）

2. 總體結(jié)構(gòu)方案

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

煤礦井下頂板監(jiān)測系統(tǒng)主要由微型計算機(jī)、監(jiān)測儀主機(jī)、傳輸電纜、連接光纜、接續(xù)盒和傳感器等組成。監(jiān)測儀主機(jī)主要對采集的光學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并按照通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)提供具體監(jiān)測數(shù)據(jù)給微型計算機(jī)，連接光纜（無源）主要用來傳輸光信號；探測器為我公司具有獨(dú)立技術(shù)產(chǎn)權(quán)的特殊檢測設(shè)備，能夠?qū)敯咫x層信息、礦壓信息進(jìn)行檢測。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

2.2 光纖頂板離層傳感器

頂板離層監(jiān)測的目的在于及早發(fā)現(xiàn)頂板失穩(wěn)冒落的征兆，及時采取加固及預(yù)防措施，避免頂板安全事故發(fā)生，同時頂板離層的觀測值也是對錨桿支護(hù)設(shè)計校合的重要依據(jù)。頂板離層監(jiān)測是通過光纖頂板離層監(jiān)測系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、顯示直觀、本質(zhì)安全、集中監(jiān)控，最大量程200mm，分辨率1mm。

光纖頂板離層傳感器是將外界位移對光纖的作用，引起光纖光柵反射波長發(fā)生變化。只要測出這些參數(shù)隨外界因素的變化關(guān)系，就可以通過光纖光柵波長的變化來檢測外界位移變化，這就是光纖頂板離層傳感器的基本工作原理。

光纖頂板離層傳感器根據(jù)實(shí)際設(shè)計，安裝到監(jiān)測平面，頂板離層傳感器測量到的信號通過光纜沿著固定管傳輸，幾個位移傳感器通過光纜并接起來，連接到測量系統(tǒng)主機(jī)，完成信號的解調(diào)和數(shù)據(jù)顯示。

光纖頂板離層傳感器主要由錨爪、測繩、底座、位移計A、位移B、尾纖組成。錨爪安設(shè)在頂板鉆孔中，鉆孔直徑一般為 28～43/mm，深6～8 m。深錨爪送至孔底，通過測繩與底座上的位移計A相聯(lián)；淺錨爪設(shè)在預(yù)定深度，通過測繩與底座上的傳感器B相聯(lián)，底座固定在孔口。當(dāng)錨固范圍內(nèi)有離層時，通過傳感器A與傳感器B的差值獲得。傳感器尾纖通過不銹鋼軟管保護(hù)，同時與主光纜進(jìn)行連接。

2.3 光纖礦壓傳感器

光纖礦壓傳感器是我公司研發(fā)的新一代煤礦安全監(jiān)測傳感器，該傳感器基于光纖光柵傳感技術(shù)，用于監(jiān)測煤礦環(huán)境下巷道頂板來壓大小、煤壁壓力、支護(hù)油壓。傳感器基于光纖光柵技術(shù)，利用光纖光柵調(diào)制解調(diào)儀對傳感器工作需要的光信號進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)?？梢詫?shí)現(xiàn)了測量現(xiàn)場的無電檢測。傳感器反射光功率低于50mW，可以提供并滿足井下工作的傳感器不帶電，特別適用于煤礦井下﹑石油化工﹑高壓電力﹑危險品倉庫等易燃﹑易爆﹑強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境下的光纖光柵傳感器的工作。

2.4 頂板監(jiān)測主機(jī)

FBGI001型多通道光纖光柵分析儀是高精度、高靈敏度、多通道、多測量的測量分析儀，為光纖光柵傳感測量系統(tǒng)提供了完善可靠的解決方案。內(nèi)置嵌入式計算機(jī)，通過對光纖光柵波長分析，得出外界物理量的變化，實(shí)現(xiàn)外界環(huán)境實(shí)時有效的監(jiān)測。目前該系統(tǒng)廣泛的適用于電力、建筑、石化、交通、煤礦等特殊場合的溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、壓力等監(jiān)測。

3. 系統(tǒng)安裝

3.1光纖頂板離層傳感器的安裝

光纖頂板離層傳感器使用方法如圖所示:

用風(fēng)鉆在巷道頂板上打孔，鉆孔深度根據(jù)現(xiàn)場情況確定，一般打6～8m。

用風(fēng)鉆在巷道頂板上打安裝孔，安裝孔直徑200mm，深600mm。

用安裝桿將錨爪3推至鉆孔頂端，輕拉一下鋼絲繩，確認(rèn)錨固器已錨固。

用安裝桿將錨爪4推至鉆孔預(yù)定位置，輕拉一下鋼絲繩，確認(rèn)錨固器已錨固。

將鋼絲繩分別固定在位移A和B頂端，將位移傳感器調(diào)到合適測量位置，然后將其固定在底座上，然后剪下多余的鋼絲即可。

將位移計A和B用固定夾具固定在保護(hù)殼中，固定時確保傳感器處于預(yù)拉伸狀態(tài)。