[发明专利]基于光纤光栅传感的井下选煤硐室底板在线监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种井下选煤硐室底板在线监测技术，尤其涉及一种基于光纤光栅传感的井下选煤硐室底板在线监测装置及方法。

背景技术

目前，我国大多数选煤厂仍然建在地面，一方面增加了原煤中矸石的运费以及排矸费用，造成矿井的提升能力紧张和吨煤利润下降；另一方面伴随着煤矿生产中排出的大量煤矸石占用土地，造成地面环境的污染，不利于居住环境的改善。在井下建原煤分选系统，实现原煤井下分选和充填一体化，以减少原煤运输以及吨煤能耗，提高煤炭资源的采出率，实现绿色开采。

随着井下选煤的实现，符合井下选煤硐室的安全监测和控制系统也有待于进一步的开发研究。由于井下选煤硐室与巷道相比有一定的区别，其监测方法也不同。首先，选煤硐室内安设有大型选煤设备，占据了硐室内大部分的空间，其重量以及生产运行时的振动都可能会对煤矿井围岩的稳定产生影响，所以根据设备性能以及硐室围岩分布情况必须浇筑设备基础；其次，选煤硐室内的电子干扰、电磁干扰现象更加严重，相应的监测设备和系统性能必须符合选煤生产的要求，不仅对抗干扰能力要求高，且不受潮湿、高温环境影响；再者，监测系统的安装不能影响选煤设备的运行和破坏围岩的稳定性；最后，选煤硐室周围井巷工程较多，因而硐室围岩的受力情况比较复杂，难以准确分析。

由于掘进或受回采影响引起选煤硐室围岩应力状态变化以及在维护过程中其性质的变化，顶底板和两帮岩体失稳变形并向硐室内移动，致使底板岩石松动、产生底臌，导致硐室内大型选煤设备基础局部受力不均而产生倾斜、位移现象，严重影响选煤设备的安全运行和工作人员的人身安全。目前还没有针对井下选煤硐室底板监测的相关研究报道。

光纤传感技术的研究始于20世纪70年代末，它以光波为载体，光纤为媒质，实现被测量信号的感知和传输，因为其自身优异的性能被广泛应用于人类无法临近的易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下进行长期的大规模应用，具有传统的电传感器无法比拟的优越性。光纤布拉格光栅（FBG）是光纤传感技术发展的最新阶段，它是一种性能优良的反射滤波无源敏感元件，通过布拉格发射波长的移动来感应外界微小应力、应变变化而实现对结构在线测量。与普通的机械、电子类传感器相比，光纤光栅传感器具有灵敏度高、动态范围大、抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀、化学性能稳定等优点，它的安全性能好，具有本质安全的特点，几何形状可塑，适应性强，既可埋入复合材料内，也可粘贴在材料的表面，与待测材料有着良好的相容性，并可以实现准分布测量。

目前，还没有将光纤布拉格光栅传感技术用于针对煤矿井下选煤硐室底板监测的相关报道。

现有技术一，如图1所示，一种光纤光栅锚杆测力装置及监测锚杆应力变化的方法（专利号CN101358886A）中的锚杆测力装置，包括压力表01、T字型油管02，水平管和液压油缸04连接，垂直管与光纤光栅03连接。通过在岩石或土层内安装锚杆，在锚杆的外露端嵌入垫板和液压油缸，并用螺母连接。光纤光栅传感器将锚杆受力变化量通过其纤芯连接到外部的光纤光栅网络分析仪进行数据的处理。

上述现有技术一的缺点是不能适用于井下选煤硐室底板的在线监测，其原因主要表现在以下三个方面：

首先，井下选煤设备体积庞大，占据选煤硐室内大部分空间，而现有技术体积较大，其安装会影响选煤设备的运行和操作人员的正常通行；

其次，现有技术不能安装在选煤设备基础上，不仅破坏设备基础的整体性和稳定性，而且会影响选煤设备运行；

最后，现有技术通过光纤光栅和机械部件结合，无法消除设备硐室内潮湿环境对其测量精度的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、易维护、测量精确、适用于井下各种设备硐室底板监测的基于光纤光栅传感的井下选煤硐室底板在线监测装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的基于光纤光栅传感的井下选煤硐室底板在线监测装置，在通讯光纤上连接多个光纤光栅传感器和一个光纤光栅温度传感器，所述多个光纤光栅传感器和一个光纤光栅温度传感器布置在设备周围的设备基础内，所述光纤光栅温度传感器远离所述多个光纤光栅传感器，所述通讯光纤的接入端或引出端连接光纤光栅网络分析仪，所述光纤光栅网络分析仪与计算机连接。