CN203809051U - 一种基于光纤光栅的矿井巷道安全监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种矿井巷道安全监测系统，该监测系统包括用于监测矿井巷道内环境参数的光纤光栅传感器组，光纤光栅信号处理器以及监控主机，光纤光栅信号处理器通过传输光缆连接至光纤光栅传感器组，光纤光栅信号处理器发出探测光入射至光纤光栅传感器组中，并解调光纤光栅传感器组反馈的波长传感信号；监控主机通过传输光缆与光纤光栅信号处理器相连，接收光纤光栅信号处理器发出的解调数据，并基于该解调数据分析矿井巷道内的安全状态。本系统选用光纤光栅传感器作为主要技术元件，可形成监控网络对矿井巷道内监测区域环境安全状况进行全面监测，并对异常状况进行准确地预警，从而为矿井生产的进行和矿井人员的工作提供了多一份安全保障。

Description

一种基于光纤光栅的矿井巷道安全监测系统

技术领域

本实用新型涉及矿井巷道安全监测技术领域，尤其涉及基于光纤光栅的矿井巷道安全监测系统。

背景技术

我国是世界上主要的采矿大国，在煤矿开采过程中，因井下复杂的地理形势和恶劣的生产条件造成的瓦斯突出、冒顶、火灾、透水、冲击地压等灾害，直接危害着采矿行业的安全生产和采矿工人的生命健康。为保证矿井下安全生产的进行，出现了可对矿井下生产相关的环境参数进行实时监测的矿井检测仪。目前市场最常见的矿井检测仪采用的是以电信号传感器为主的技术，该监测仪能实现对矿井下生产相关的环境参数进行监测，但该监测仪在实际工作使用中还存在以下弊端：1、传统电子传感技术为有源工作，易受干扰，2、信号传输距离较短，只能进行有限的、小范围的监测，3、该检测仪系统复杂，安装繁琐，4、传统电子器件的抗潮湿、腐蚀能力差，因此使用有效期短，导致该装置所需维护费用较高等。

现有技术中还有一种用于煤矿动力灾害的光纤光栅监测装置，该装置通过将光纤光栅应变传感器设置在矿井巷道的锚杆体内部，并将其与地面上的电脑相连，以对锚杆体内的动态应变进行监测和分析。但是，矿井巷道内环境条件异常复杂，该装置中仅对矿井巷道内的锚杆内部的应变变化进行监测和分析，因此不能准确并全面地反映出整个矿井巷道内部的真实情况，也无法对矿井巷道内的异常状况进行准确地监测和预警。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术上述的不足，提供一种基于光纤光栅的矿井巷道安全监测系统，该监测系统能对矿井巷道内的多个环境安全参数的物理量状态进行监测并进行系统化分析，形成更可靠有效的安全监测预警网络。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种基于基于光纤光栅的矿井巷道安全监测系统，包括：光纤光栅传感器组，用于监测矿井巷道内的多种环境参数；光纤光栅信号处理器，其通过传输光缆连接至光纤光栅传感器组，光纤光栅信号处理器发出探测光入射至光纤光栅传感器组中，并解调光纤光栅传感器组反馈的波长传感信号；以及监控主机，监控主机通过传输光缆与光纤光栅信号处理器相连，接收光纤光栅信号处理器发出的解调数据，并基于解调数据分析矿井巷道内的安全状态，并对矿井巷道内的异常状况作出预警提示。

进一步地，光纤光栅传感器组包括一条或多条光纤光栅监测链路，每一条光纤光栅监测链路由一个或多个光纤光栅传感器组成，并通过传输光缆并行接入光栅光纤信号处理器。

进一步地，在每一条光纤光栅监测链路中，光纤光栅传感器通过熔接或快速连接器串接在一根传输光缆上。 

进一步地，光纤光栅传感器包括光纤光栅离层传感器、光纤光栅锚杆压力传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅渗压传感器的一种或几种。

进一步地，监测主机通过有线或无线模块接入网络，并将监测数据上传至网络。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：该矿井巷道安全检测系统选用完全无源工作的光纤光栅传感器作为主要技术元件，与传统技术相比，它不受静电、电磁及无线电频率源的干扰，可进行大范围，远距离的监控，尤其适合于环境恶劣的矿井巷道内使用；而且该系统针对各个矿井巷道的环境和监测点不同，对系统中光纤光栅传感器组中传感器数量和类型也可进行灵活设置，形成多种监测链路或监控网络，满足了各个矿井巷道不同的监控需求。在安全监测工作中，该系统可同时对多种安全影响因数的物理量进行监测和综合分析，并对异常状况进行准确地预警，从而为矿井生产的进行和矿井人员的工作提供了多一份安全保障，该系统可用于煤矿巷道、非煤矿矿山巷道以及其他土木隧涵工程等的巷道安全监测。 

附图说明

图1为本实用新型基于光纤光栅的矿井巷道安全监测的结构示意图；

图2A为图1实施例中由同一种类型的光纤光栅传感器组成的一条光纤光栅监测链路的示意图；

图2B为图1实施例中由不同类型的光纤光栅传感器组成的一条光纤光栅监测链路的示意图；

图2C为图1实施例中由多种类型的光纤光栅传感器组成的多条光纤光栅监测链路的示意图。

具体实施方式

  为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1 所示，根据本实用新型的较优实施例，矿井巷道安全监测系统包括：监控主机1、传输光缆2、光纤光栅信号处理器3和光纤光栅传感器组4，其中，光纤光栅传感器组4根据监测的矿井巷道内的需要，由多个光纤光栅传感器40组成。光纤光栅信号处理器3通过传输光缆2连接至光纤光栅传感器组4，光纤光栅信号处理器3发出探测光入射至光纤光栅传感器组4中，并解调光纤光栅传感器组4反馈的波长传感信号；监控主机1通过传输光缆2与光纤光栅信号处理器3相连，接收光纤光栅信号处理器3发出的解调数据，并基于解调数据分析矿井巷道内的安全状态，实现对矿井巷道安全的监控。当所测得的数据超过设定的安全阀值时，告知异常位置并发出报警信号。

该监测系统的光纤光栅传感器组4用于监测矿井巷道内的多个环境安全参数的物理量状态。根据矿井巷道内监测的需要，光纤光栅传感器组4可以同时对矿井巷道离层的变化、锚杆轴向的受力情况、巷道内的温度、巷道周围的水压等物理参量中的一种或多种变化状态进行监测，组成光纤光栅传感器组4中的光纤光栅传感器40可以是光纤光栅离层传感器、光纤光栅锚杆压力传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅渗压传感器等多种传感器中的一种或几种。当然，该监测系统中的光纤光栅传感器40的类型不仅限于上述四种，可选用的用于监测矿井巷道内环境参数的物理量的其他光纤光栅传感器40也在本实用新型的保护范围之内。

进一步地，光纤光栅离层传感器安装于矿井巷道重点部位的顶部，通过锚绳将其向上打入固定岩层，用于监测矿井巷道顶板的离层变化状态；光纤光栅锚杆压力传感器安装于矿井巷道重点的顶部和/或帮部，并夹持于锚杆的托板和螺母之间，用于监测矿井巷道的锚杆轴向的受力情况时；光纤光栅温度传感器用于监测矿井巷道内的温度，将其探头安装于矿井巷道的顶部时可监测煤矿巷道的温度，当将其探头埋入到采空区岩土下可监测煤层环境的温度，当将其安装于煤矿电气设备的内部时可监测设备温度的变化；光纤光栅渗压传感器安装在矿井巷道有悬湖、暗流、渗漏的部位，用以监测矿井巷道周围的水压变化情况。

图2A、图2B、图2C为图1实施例中光纤光栅传感器组4排列方式的示意图，图中的五种图形分别表示不同类型的光纤光栅传感器40。如图1、图2A、图2B所示，光纤光栅传感器组4由一条光纤光栅监测链路41组成，组成光纤光栅监测链路41的光纤光栅传感器40可以是同一种类型，也可以是不同类型。多个光纤光栅传感器40通过熔接或快速连接器串接形成一条光纤光栅监测链路41，该光纤光栅监测链路41通过传输光缆2与光栅光纤处理器3连接；如图1、图2C所示，光纤光栅传感器组4也可以由多条光纤光栅监测链路41组成以形成分布式光纤光栅传感网络，多条光纤光栅监测链路41通过传输光缆2并行接入光栅光纤信号处理器3，该分布式传感网络实现了矿井巷道内多点多区域的监测。当然，根据矿井巷道内的实际监测量需求和实际监测点的分布，光纤光栅传感器组4的中光纤光栅传感器40的排列方式也可以是其他形式，如树形、环形等，这样的变换均属于本实用新型的保护范围之内。

在应用本实用新型时，通常将光纤光栅信号处理器3安放在主巷道中，光纤光栅信号处理器3发出探测光入射至光纤光栅传感器组4中的每个光纤光栅传感器40中，光纤光栅传感器40的反射波长信号通过传输光缆2再传送回光纤光栅信号处理器3进行调制识别，监控主机1通过传输光缆2接收解调数据并对该解调数据进行分析处理，以实时地监测监测点相应传感器数值的变化，当有异常情况发生时，监控主机1会告知异常发生的位置并发出报警信号，并给出应急处理方案。监控主机1通常放置在井上的安全监控中心内，便于工作人员的监测工作，监测主机1也可通过有线或无线模块接入网络，并将监测数据上传至网络，使煤矿安全生产管理人员可随时随地通过手机、电脑或其它设备登录Web网络查看井下监测数据，实现对矿井巷道安全的实时监控。当矿井巷道的安全监测线路设置较简单时，也可将光纤光栅信号处理器3放置在井上，此时该信号处理器则兼具信号处理器和监控主机的功能，该系统也能正常运行和工作。

应当理解的是，以上内容是结合常规实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。 

Claims (5)

1.一种基于光纤光栅的矿井巷道安全监测系统，其特征在于，包括：

光纤光栅传感器组，用于监测矿井巷道内的环境参数；

光纤光栅信号处理器，所述光纤光栅信号处理器通过传输光缆连接至所述光纤光栅传感器组，所述光纤光栅信号处理器发出探测光入射至所述光纤光栅传感器组中，并解调所述光纤光栅传感器组反馈的波长传感信号；以及

监控主机，所述监控主机通过传输光缆与所述光纤光栅信号处理器相连，接收所述光纤光栅信号处理器发出的解调数据，并基于所述解调数据分析矿井巷道内的安全状态，对矿井巷道内的异常状况作出预警提示。

2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的矿井巷道安全监测系统，其特征在于，所述光纤光栅传感器组包括一条或多条光纤光栅监测链路，每一条所述光纤光栅监测链路由一个或多个光纤光栅传感器组成，并通过所述传输光缆并行接入所述光栅光纤信号处理器。

3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅的矿井巷道安全监测系统，其特征在于，在每一条所述光纤光栅监测链路中，所述光纤光栅传感器通过熔接或快速连接器串接在一根所述传输光缆上。

4.根据权利要求2所述的基于光纤光栅的矿井巷道安全监测系统，其特征在于，所述光纤光栅传感器包括光纤光栅离层传感器、光纤光栅锚杆压力传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅渗压传感器的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的矿井巷道安全监测系统，其特征在于，所述监测主机通过有线或无线模块接入网络，并将监测数据上传至网络。