基于光纤光栅的煤矿巷道顶板水压在线监测系统及方法
【专利摘要】一种基于光纤光栅的煤矿巷道顶板水压在线监测系统及方法，属于煤矿巷道顶板水压监测系统及方法。该系统在井下上覆含水层巷道顶板每隔50m设置一个监测测站，每个测站由水管、水阀、光纤光栅压力传感器和光纤光栅温度传感器串联而成，光纤光栅温度传感器引出端光纤尾纤与通讯光纤连接，各个测站的通讯光纤通过终端盒与矿用传输光缆连接，矿用传输光缆与光纤光栅静态解调仪的输入端连接，光纤光栅静态解调仪的输出端与监控服务器相连接，监控服务器的处理结果通过局域网共享于各个终端设备。优点：测温精度高、安装方便、抗干扰能力强、本质防爆，在无需井下供电的情况下实现巷道顶板水害的长距离、不间断的实时在线监测，大大缩减矿井水害的响应时间。
【专利说明】 基于光纤光栅的煤矿巷道顶板水压在线监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿巷道顶板水压监测系统及方法，具体是一种基于光纤光栅的煤矿巷道顶板水压在线监测系统及方法。
【背景技术】
[0002]我国重点煤矿受水威胁的煤炭储量大约250亿吨，其中受地表水体(江、河、湖、海等)、松散含水层、基岩含水层等水体威胁的煤炭储量近100亿吨。仅就受河流影响来看，就有200多个矿井受100余条大小河流威胁，而华北、华东、东北地区的煤田普遍被第四系和第三系松散层含水层覆盖，造成其开采效益相对最好的浅部露头区煤层开采困难。如果在煤矿日常的防治水工作中，对矿井各含水层水文地质特征和开采情况进行监测，掌握水文动态情况，及时发现危险征兆并采取防范措施，就能避免水害或减少水害的损失。
[0003]目前，突水的预测方法主要有:突水系数法、阻水系数法、突水指数法和经验公式法等。在这些方法中，承压水的压力是研究和预测突水问题最重要参量，所以对它的实时监测是预测突水事故的重要依据。目前我国煤矿水压监测主要使用的是电类压力传感器，由于电信号远距离传输不方便，需要在井下增加许多二次仪表、中继器和电源等设备，传输成本高且可靠性差，严重限制了该类传感器的实际应用。
【发明内容】
[0004]技术问题:为了克服现有技术中的不足，本发明以实时监测含水岩层水压为基础提供一种多测站、安装方便、井下无需供电、抗电磁干扰、远距离信号传输、本质安全、测量精度高的基于光纤光栅的煤矿巷道顶板水压在线监测系统及方法。
[0005]技术方案:本发明通过如下技术方案实现:一种基于光纤光栅的煤矿巷道顶板水压在线监测系统，包括光纤光栅静态解调仪、监控服务器、煤矿局域网、客户端、矿用传输光缆、光纤终端盒、通讯光纤、光纤光栅温度传感器、光纤光栅压力传感器、水阀和水管；在巷道顶板每隔50m布置一个监测测站，每个测站由一个水管、一个水阀、一个光线光栅压力传感器和一个光纤光栅温度传感器串联组成，将光纤光栅温度传感器引出端光纤尾纤与通信光纤链接，各测站的通讯光纤通过巷道中的光纤终端盒将通讯光纤与矿用传输光缆连接，矿用传输光缆与光纤光栅静态解调仪的输入端连接，光纤光栅静态解调仪的输出端与监控服务器相连接，监控服务器的数据处理结果通过煤矿局域网与客户端进行数据共享，形成煤矿巷道顶板水压全光纤通讯的实时在线监测系统。
[0006]每个光纤光栅压力传感器都由另外一个光纤光栅温度传感器对其进行温度补偿。
[0007]矿用传输光缆通过光纤终端盒分为多个通道，各分通道分别连接通讯光纤。
[0008]所述的监控服务器内嵌基于光纤光栅的巷道顶板水压监测的软件系统，该系统具有数据接收、数据处理、数据处理结果实时画面显示、列表显示、数据存储、历史数据查询、
报警预警。
[0009]巷道顶板水压力的采集方法:在巷道顶板钻孔，通过带有水阀的水管连通含水层，利用光纤光栅传感器采集压力信息；该光纤光栅监测系统具有实时性，该系统将光纤光栅压力传感器采集到的信号及光纤光栅温度传感器采集到的温度补偿信号通过通讯光纤及矿用传输光缆传输至光纤光栅静态解调仪，通过光纤光栅静态解调仪将光波信号解调为数字信号，然后传输至监控服务器，通过服务器内嵌的基于光纤光栅的巷道顶板水压监测的软件系统进行数据处理，通过终端显示器实时监测巷道顶板含水岩层水压，及时对顶板透水事故进行预报预警；监控服务器内嵌基于光纤光栅的巷道顶板水压监测的软件系统，具有数据接收、数据处理、数据处理结果实时画面显示、列表显示、数据存储、历史数据查询、报警预警；该监测系统的监测结果可通过局域网实现多终端实时监测。
[0010]有益效果，由于采用了上述方案，采用对外界压力和温度十分敏感的光纤光栅传感器作为采集煤矿顶板水压信号的直接采集装置，通过光纤光栅温度传感器作为补偿装置，以弥补光纤光栅压力传感器由于温度变化而造成反射光谱的误差，从而将精确的压力反射光谱信号通过通讯光纤、光纤终端盒和矿用传输光缆传输到地面的光纤光栅静态解调仪中，将压力反射光谱信号解调为数字信号，数字信号经由监控服务器中的软件系统分析处理后将最终的数据处理结果分享于煤矿局域网中的客户端，从而使客户端前的工作人员实时的监测井下巷道顶板水压，从而实现井下水患的及时预警。由于光纤光栅采用光波信号感知顶板压力和温度变化，因而，顶板水压监测系统在井下无需供电的情况下便可运行且具有防爆性能。
[0011]优点:测温精度高、安装方便、抗干扰能力强、本质防爆，在无需井下供电的情况下通过光纤对水压信号进行远距离传输，实现巷道顶板水害的长距离、不间断的实时在线监测，大大缩减矿井水害的响应时间，为矿井的安全开采打下坚实的基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的水压监测系统结构示意图。
[0013]图中，1、光纤光栅静态解调仪；2、监控服务器；3、煤矿局域网；4、客户端；5、矿用传输光缆；6、光纤终端盒；7、通讯光纤；8、光纤尾纤；9、光纤光栅温度传感器；10、水阀；
11、光纤光栅压力传感器；12、水管；13、巷道上覆含水层；14、巷道上覆岩层；15、监测测站。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:
[0015]实施例1:一种煤矿基于光纤光栅的煤矿巷道顶板水压在线监测系统，在上覆含水层的巷道中每隔50m安装一个监测测站15，监测系统的形成方式为:在巷道顶板钻孔至巷道上覆含水层13，将带有水阀的水管安装至含水层，并将孔封好。将光纤光栅压力传感器11安装于水管上，利用光纤熔接机熔接通过光线尾纤8将光纤光栅压力传感器11、光纤光栅温度传感器9和通讯光栅7串联在一起，各个测站通讯光栅7通过终端盒6与矿用传输光缆5链接,矿用传输光缆5与光纤光栅静态解调仪I的输入端链接，光纤光栅解调仪I的输出端与监控服务器2相连接，监控服务器内嵌的处理系统将数据加工处理后，通过煤矿局域网3将数据处理结果共享于客户端，在终端显示器上形成实时画面显示，从而形成巷道顶板水压实时监测系统。
[0016]每个光纤光栅压力传感器11都由另外一个光纤光栅温度传感器9对其进行温度补偿。
[0017]所述的光纤光栅压力传感器11、光线光栅温度传感器9和通讯光纤7串联在一起的连接方式为光纤尾纤8通过光纤熔接机熔接连接在一起。
[0018]矿用传输光缆5通过光纤终端盒6分为多个通道，各分通道分别连接通讯光纤7。
[0019]巷道顶板水压力的采集方法:在巷道顶板钻孔，通过带有水阀10的水管12连通含水层，利用光纤光栅传感器采集压力信息；该光纤光栅监测系统具有实时性，该系统将光纤光栅压力传感器11采集到的信号及光纤光栅温度传感器9采集到的温度补偿信号通过通讯光纤及矿用传输光缆5传输至光纤光栅静态解调仪1，通过光纤光栅静态解调仪I将光波信号解调为数字信号，然后传输至监控服务器2，通过服务器内嵌的基于光纤光栅的巷道顶板水压监测的软件系统进行数据处理，通过终端显示器4实时监测巷道顶板含水岩层水压，及时对顶板透水事故进行预报预警；所述的监控服务器内嵌基于光纤光栅的巷道顶板水压监测的软件系统，该系统具有数据接收、数据处理、数据处理结果实时画面显示、列表显示、数据存储、历史数据查询、报警预警。
[0020]该监测系统的监测结果可通过局域网实现多终端实时监测。
【权利要求】
1.一种基于光纤光栅的煤矿巷道顶板水压在线监测系统，其特征在于:该监测系统包括光纤光栅静态解调仪、监控服务器、煤矿局域网、客户端、矿用传输光缆、光纤终端盒、通讯光纤、光纤光栅温度传感器、光纤光栅压力传感器、水阀和水管；在巷道顶板每隔50m布置一个监测测站，每个测站由一个水管、一个水阀、一个光线光栅压力传感器和一个光纤光栅温度传感器串联组成，将光纤光栅温度传感器引出端光纤尾纤与通信光纤连接，各测站的通讯光纤通过巷道中的光纤终端盒将通讯光纤与矿用传输光缆连接，矿用传输光缆与光纤光栅静态解调仪的输入端连接，光纤光栅静态解调仪的输出端与监控服务器相连接，监控服务器的数据处理结果通过煤矿局域网与客户端进行数据共享。
2.根据权利要求书I所述的一种基于光纤光栅的煤矿巷道顶板水压在线监测系统，其特征在于:每个光纤光栅压力传感器都由另外一个光纤光栅温度传感器对其进行温度补m\-ΖΧ ο
3.根据权利要求书I所述的一种基于光纤光栅的煤矿巷道顶板水压在线监测系统，其特征在于:矿用传输光缆通过光纤终端盒分为多个通道，各分通道分别连接通讯光纤。
4.一种采用权利要求书I所述的一种基于光纤光栅的煤矿巷道顶板水压在线监测系统的方法，其特征在于:巷道顶板水压力的采集方法:在巷道顶板钻孔，通过带有水阀的水管连通含水层，利用光纤光栅传感器采集压力信息；该光纤光栅监测系统具有实时性，该系统将光纤光栅压力传感器采集到的信号及光纤光栅温度传感器采集到的温度补偿信号通过通讯光纤及矿用传输光缆传输至光纤光栅静态解调仪，通过光纤光栅静态解调仪将光波信号解调为数字信号，然后传输至监控服务器，通过服务器内嵌的基于光纤光栅的巷道顶板水压监测的软件系统进行数据处理，通过终端显示器实时监测巷道顶板含水岩层水压，及时对顶板透水事故进行预报预警；监控服务器内嵌基于光纤光栅的巷道顶板水压监测的软件系统，具有数据接收、数据处理、数据处理结果实时画面显示、列表显示、数据存储、历史数据查询、报警预警；该监测系统的监测结果可通过局域网实现多终端实时监测。
【文档编号】G01L19/04GK103528749SQ201310511518
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】方新秋, 刘宗柱, 梁敏富, 刘晓宁 申请人:中国矿业大学