[发明专利]一种基于光纤光栅传感的煤矿膏体充填在线监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿山充填体在线监测系统，具体是一种基于光纤光栅传感的煤矿膏体充填在线监测系统。

背景技术

充填开采技术作为解决建筑物下、铁路下、水体下和承压水上压煤开采技术，是采煤技术的一大革新。其中，膏体充填是煤矿绿色开采技术的重要组成部分，把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、工业炉渣、劣质土、城市固体垃圾等在地面加工制作成不需要脱水处理的牙膏状浆体，采用充填泵或重力加压，通过管道输送到井下，适时充填采空区或离层区，形成以膏体充填体为主的上覆岩层支撑体系，有效控制地表沉陷在建筑物允许值范围内，实现村庄不搬迁，安全开采建筑物下压煤，保护矿区生态环境和地下水资源。但是，由于充填体在煤矿井下可能处于高温、高压或富含水的环境下，且在密闭环境内，无法对其受力及变形进行人工测量，只能通过设备进行测量；而目前的传统监测设备体积庞大，且无法适应高温、高压或水的环境，更无法完成充填体长期实时在线的监测任务。

发明内容

技术问题：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种监测精度高、可靠性好、抗干扰能力强的基于光纤光栅传感的煤矿膏体充填在线监测系统，以长期在线监测膏体充填体的应力、位移等矿压状况。

技术方案：本发明的目的通过如下技术方案实现：

基于光纤光栅传感的煤矿膏体充填在线监测系统，系统包括：伸缩杆、支撑杆、光纤连接头、地锚、光纤光栅传感器组、光纤、矿用光缆、光纤光栅解调仪和计算机系统；在每个测点的空间被充填之前，支撑杆通过地锚固定到充填空间底板，伸缩杆伸缩支撑充填空间顶板，光纤光栅传感器组安装在伸缩杆中部，支撑杆尾部引出光纤连接头并通过光纤接入矿用光缆，矿用光缆与光纤光栅解调仪连接，从而将光栅监测信号传递至光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪与计算机系统连接，解调后的信号传送至计算机系统，在空间被充填后对膏体充填体进行实时在线监控及分析处理。

所述的光纤光栅传感器组至少各包含1个压力光栅、1个温补光栅和1个位移光栅。

所述的测点为沿空留巷巷旁充填或采空区充填的充填体内布置有多个，各自的光纤通过并联的方式接入矿用光缆。

有益效果：由于采用了上述方案，提出一种新型的、合理的、成熟的技术方案对膏体充填进行长期在线监测，从而得到膏体充填体的受力及运动规律，为充填体材料的强度、变形让压参数及支护参数等的确定提供依据，采用多测点并用，以测量煤矿膏体充填体应力及下沉位移量来反映充填体受力及运动规律，为充填体材料的强度、变形让压参数及支护参数的确定提供依据。当充填体的围岩矿压显现时，矿山压力施加到充填体上，光纤光栅传感器受力作用其光栅的栅距将发生变形，导致光栅的反射中心波长发生漂移，利用地面的光纤光栅静态解调仪将压力计的波长信号解调为数字信号，然后利用计算机系统对数字信号做进一步分析处理，进行充填体的实时在线监测，指导现场安全生产。

优点：设备安装简单，适于普遍推广；井下不需供电，现场安全；采用全光测量和光纤传输，有效避免电磁干扰的影响；采用温补光栅对温度误差进行补偿，极大地提高了监测精度；能及时提供监测结果，利于指导现场生产及科研工作。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明的系统组成框架图。

图3为本发明的沿空留巷巷旁充填测点布置断面图。

图4为本发明的巷旁充填测点布置方式图。

图5为本发明的采空区充填测点布置方式图。

图中，1、充填空间顶板；2、充填空间底板；3、伸缩杆；4、支撑杆；5、光纤连接头；6、地锚；7、光纤光栅传感器组；8、光纤；9、矿用光缆；10、光纤光栅解调仪；11、计算机系统；12、回采巷道；13、采空区冒落矸石；14、膏体充填体；15、锚杆；16、测点；17。巷道煤壁；18、采煤工作面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：