基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應(yīng)力監(jiān)測裝置和方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應(yīng)力監(jiān)測裝置及方法，在單模光纖中串接多個光纖光柵，將單模光纖鋪設(shè)于硐室內(nèi)設(shè)備周圍的底板內(nèi)，單模光纖的引出端與光開關(guān)連接，光開關(guān)與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀分別連接，光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀分別與工控機連接，通過光纖光柵網(wǎng)路解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀對光纖光柵和布里淵背向散射光的測量，完成設(shè)備周邊光纖光柵布設(shè)點處的定位和單模光纖上各處的布里淵頻移的測量，進而計算出硐室底板的應(yīng)力變化值，監(jiān)測設(shè)備是否產(chǎn)生傾斜失穩(wěn)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種井下選煤硐室底板在線監(jiān)測技術(shù)，尤其涉及一種。
技術(shù)介紹
目前，我國大多數(shù)選煤廠仍然建在地面，一方面增加了原煤中矸石的運費以及排矸費用，造成礦井的提升能力緊張和噸煤利潤下降；另一方面伴隨著煤礦生產(chǎn)中排出的大量煤矸石占用土地，造成地面環(huán)境的污染，不利于居住環(huán)境的改善。在井下建原煤分選系統(tǒng)，實現(xiàn)原煤井下分選和充填一體化，以減少原煤運輸以及噸煤能耗，提高煤炭資源的采出率，實現(xiàn)綠色開采。隨著井下選煤的實現(xiàn)，符合井下選煤硐室的安全監(jiān)測和控制系統(tǒng)也有待于進一步的開發(fā)研究。由于井下選煤硐室與巷道相比有一定的區(qū)別，其監(jiān)測方法也不同。首先，選煤硐室內(nèi)安設(shè)有大型選煤設(shè)備，占據(jù)了硐室內(nèi)大部分的空間，其重量以及生產(chǎn)運行時的振動都可能會對煤礦井圍巖的穩(wěn)定產(chǎn)生影響，所以根據(jù)設(shè)備性能以及硐室圍巖分布情況必須澆筑設(shè)備基礎(chǔ)；其次，選煤硐室內(nèi)的電子干擾、電磁干擾現(xiàn)象更加嚴(yán)重，相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備和系統(tǒng)性能必須符合選煤生產(chǎn)的要求，不僅對抗干擾能力要求高，且不受潮濕、高溫環(huán)境影響； 再者，監(jiān)測系統(tǒng)的安裝不能影響選煤設(shè)備的運行和破壞圍巖的穩(wěn)定性；最后，選煤硐室周圍井巷工程較多，因而硐室圍巖的受力情況比較復(fù)雜，難以準(zhǔn)確分析。由于掘進或受回采影響引起選煤硐室圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化以及在維護過程中其性質(zhì)的變化，頂?shù)装搴蛢蓭蛶r體失穩(wěn)變形并向硐室內(nèi)移動,致使底板巖石松動、產(chǎn)生底臌,導(dǎo)致硐室內(nèi)大型選煤設(shè)備基礎(chǔ)局部受力不均而產(chǎn)生傾斜、位移現(xiàn)象，嚴(yán)重影響選煤設(shè)備的安全運行和工作人員的人身安全。目前還沒有針對井下選煤硐室底板監(jiān)測的相關(guān)研究報道。分布式光纖傳感技術(shù)是光纖傳感技術(shù)中最具前途的技術(shù)之一，是適應(yīng)大型工程安全監(jiān)測而發(fā)展起來的一項傳感技術(shù)，它應(yīng)用光纖幾何上的一維特性進行測量，把被測參量作為光纖位置長度的函數(shù)，可以在整個光纖長度上對沿光纖幾何路徑分布的外部物理參量變化進行連續(xù)的測量，同時獲取被測物理參量的空間分布狀態(tài)和隨時間變化的信息。FBG (Fiber Bragg Grating)和 BOTDR (Brillouin Optical Time Domain Reflectometry)光纖傳感技術(shù)是當(dāng)前世界上在準(zhǔn)分布式和全分布式光纖傳感系統(tǒng)中的新技術(shù)，F(xiàn)BG是以光波長檢測為基礎(chǔ)的波域準(zhǔn)分布式光纖傳感技術(shù)，能對所測結(jié)構(gòu)進行局部的精確測量，而BOTDR是以光纖的后向布里淵散射為基礎(chǔ)的光時域反射分布式光纖傳感技術(shù)，能在較大范圍內(nèi)感知被測量光纖空間和時間變化的信息。目前，還沒有將分布式光纖傳感技術(shù)用于針對煤礦井下選煤硐室底板監(jiān)測的相關(guān)報道。現(xiàn)有技術(shù)一如圖I所示，現(xiàn)有的全尺度分布式與局部高精度共線的光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)(專利號CN201322604Y)，它將布里淵分布式傳感技術(shù)與高精度光纖光柵傳感技術(shù)通過裸光纖與光纖光柵共線合二為一，包括布里淵傳感解調(diào)儀器、光纖光柵解調(diào)儀、光開關(guān)、傳輸鎧裝跳線01、光纖光柵(FBG)02、裸光纖03和傳感探頭04。在測試時,通過光開關(guān)的切換，光纖傳感數(shù)據(jù)可以分別被光纖光柵解調(diào)儀和布里淵分布式傳感數(shù)據(jù)采集儀解調(diào)，通過對應(yīng)的應(yīng)變靈敏度系數(shù)換算出測量的應(yīng)變大小，可以實現(xiàn)全分布和局部高精度的定位和定量分析。目前還沒有針對煤礦井下選煤硐室底板應(yīng)力監(jiān)測的布里淵光時域反射分布式光纖傳感和光纖光柵傳感方法的報道。上述現(xiàn)有技術(shù)一的缺點是沒有針對井下選煤硐室內(nèi)的特殊環(huán)境，提出較為詳細(xì)的光纖及光纖光柵布設(shè)方案，以及如何實現(xiàn)對底板的監(jiān)測，不能煤礦井下選煤硐室底板應(yīng)力監(jiān)測。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種。本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本專利技術(shù)的基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應(yīng)力監(jiān)測裝置，在單模光纖中串接多個光纖光柵，將單模光纖鋪設(shè)于硐室內(nèi)設(shè)備周圍的底板內(nèi)，所述單模光纖的引出端與光開關(guān)連接，所述光開關(guān)與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀分別連接，所述光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀分別與工控機連接。本專利技術(shù)的上述的基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應(yīng)力監(jiān)測裝置進行底板應(yīng)力監(jiān)測的方法，通過光纖光柵網(wǎng)路解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀對光纖光柵和布里淵背向散射光的測量，完成設(shè)備周邊光纖光柵布設(shè)點處的定位和單模光纖上各處的布里淵頻移的測量，進而計算出硐室底板的應(yīng)力變化值，監(jiān)測設(shè)備是否產(chǎn)生傾斜失穩(wěn)。由上述本專利技術(shù)提供的技術(shù)方案可以看出，本專利技術(shù)實施例提供的基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應(yīng)力監(jiān)測裝置及方法，由于在單模光纖中串接多個光纖光柵，將單模光纖鋪設(shè)于硐室內(nèi)設(shè)備周圍的底板內(nèi)，單模光纖的引出端與光開關(guān)連接，光開關(guān)與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀分別連接，光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀和 BOTDR光纖分析儀分別與工控機連接，通過光纖光柵網(wǎng)路解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀對光纖光柵和布里淵背向散射光的測量，完成設(shè)備周邊光纖光柵布設(shè)點處的定位和單模光纖上各處的布里淵頻移的測量，進而計算出硐室底板的應(yīng)力變化值，監(jiān)測設(shè)備是否產(chǎn)生傾斜失穩(wěn)。適用于井下選煤硐室底板應(yīng)力的監(jiān)測，不僅能夠監(jiān)測井下選煤硐室內(nèi)底板應(yīng)力分布情況，并能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備周邊監(jiān)測點的精確測量，監(jiān)測選煤設(shè)備是否產(chǎn)生傾斜。結(jié)構(gòu)簡單，測量精確，不影響硐室底板穩(wěn)定性、設(shè)備基礎(chǔ)整體性和人員工作安全。附圖說明圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的全尺度分布式與局部高精度共線的光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2為本專利技術(shù)實施例提供的基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應(yīng)力監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；4圖3為本專利技術(shù)實施例中的單模光纖中光纖光柵串示意圖。圖中1、單模光纖；2、光纖光柵；3、光纖引出端；4、設(shè)備。具體實施方式下面將對本專利技術(shù)實施例作進一步地詳細(xì)描述。本專利技術(shù)的基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應(yīng)力監(jiān)測裝置，其較佳的具體實施方式是在單模光纖中串接多個光纖光柵，將單模光纖鋪設(shè)于硐室內(nèi)設(shè)備周圍的底板內(nèi)， 所述單模光纖的引出端與光開關(guān)連接，所述光開關(guān)與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀分別連接，所述光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀分別與工控機連接。將所述單模光纖用粘合劑粘貼在鋼絞線上，布設(shè)于設(shè)備周圍地板的淺槽內(nèi)，使單模光纖上的光纖光柵處于選煤設(shè)備的關(guān)鍵監(jiān)測點處，在拐角處留下一定的冗余，并用噴漿混凝土固定；每臺設(shè)備周圍布設(shè)4至6個光纖光柵和一個光纖溫度傳感器。所述淺槽設(shè)于距離設(shè)備四周IOOmm處,深度為9mm — 11mm。本專利技術(shù)的上述的基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應(yīng)力監(jiān)測裝置進行底板應(yīng)力監(jiān)測的方法，其較佳的具體實施方式是通過光纖光柵網(wǎng)路解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀對光纖光柵和布里淵背向散射光的測量，完成設(shè)備周邊光纖光柵布設(shè)點處的定位和單模光纖上各處的布里淵頻移的測量， 進而計算出硐室底板的應(yīng)力變化值，監(jiān)測設(shè)備是否產(chǎn)生傾斜失穩(wěn)。礦山壓力是導(dǎo)致礦井底臌的主要原因，從現(xiàn)有理論可知，硐室內(nèi)底板圍巖的中間位置是礦山壓力最集中的地方，而選煤設(shè)備占據(jù)了選煤硐室內(nèi)大部分的空間，因此選煤硐室底臌在設(shè)備基礎(chǔ)上的表現(xiàn)即為基礎(chǔ)傾斜。因此，對井下選煤硐室底板應(yīng)力的監(jiān)測，可以等同于對選煤設(shè)備基礎(chǔ)和周邊底板的應(yīng)力監(jiān)測。當(dāng)?shù)纂a(chǎn)生時，通過對設(shè)備基礎(chǔ)受力和周邊底板的力學(xué)分布情況，確定井下選煤硐室底板的穩(wěn)定情況。本專利技術(shù)的基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于，在單模光纖中串接多個光纖光柵，將單模光纖鋪設(shè)于硐室內(nèi)設(shè)備周圍的底板內(nèi)，所述單模光纖的引出端與光開關(guān)連接，所述光開關(guān)與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀分別連接，所述光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀分別與工控機連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于，在單模光纖中串接多個光纖光柵，將單模光纖鋪設(shè)于硐室內(nèi)設(shè)備周圍的底板內(nèi)，所述單模光纖的引出端與光開關(guān)連接，所述光開關(guān)與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀分別連接，所述光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀和BOTDR光纖分析儀分別與工控機連接。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于布里淵光時域反射式光纖傳感和光纖光柵傳感的底板應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于，將所述單模光纖用粘合劑粘貼在鋼絞線上，布設(shè)于設(shè)備周圍地板的淺槽內(nèi)，使單模光纖上的光纖光柵處于選煤設(shè)備的關(guān)鍵監(jiān)測點處，在拐角處留下一定的冗余，并用噴漿混凝土固定。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于布里淵光時域反射...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：薛曉，張定群，宋定宇，劉巖，鄭揚冰，徐志強，董浩斌，王培杰，孫軍磊，
申請(專利權(quán))人：南陽理工學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：