光纤光栅传感器在顶板监测应用中的安装工艺.pdfVIP

煤矿现代化 2015年第2期 总第125期 光纤光栅传感器在顶板监测应用中的安装工艺 张书林，于 庆 ，李 军，郭清华，龚仲强 (中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400039) 摘 要 近些年，光纤光栅传感技术取得了长足发展 ，特别是在结构监测领域，逐渐形成了能够对应 变、温度等多种物理量进行实时检测的传感器体系。煤矿顸板监测也是结构监测技术的一个重要的应 用场合 ，主要监测对象包括巷道锚杆支护的稳定性监测，回采工作面液压支架支护的稳定性监测，冲 击地压的灾害监测等。本文在研究光纤光栅传感器封装结构的基础上，重点进行传感器安装工艺及工 作稳定性研究，为光纤光栅传感器在顶板监测中的应用探索可行的现场方法，验证 了光纤光栅技术在 煤矿顶板监测中应用的可行性 。 关键词 光纤光栅 ；顶板；安装工艺；稳定性 中图分类号：TP212 文献标识码 ：B 文章编号：1009—0797(2015)02—0085—03 使光纤光栅能很好地感受钢筋的应变，需加大光纤 1 研究背景 光栅与钢筋的接触面积，充分利用钢筋肋，并在沿钢 光纤光栅是一种新型的光学无源器件，结合了 筋肋开一个一定长度的小槽 ，将光纤光栅用高耐久 光纤传导理论及微制造工艺。其中以光纤布拉格光 性胶水粘贴在钢筋的小槽里，接着，将光纤引出段用 栅为代表的光纤光栅传感器相对于传统传感器具有 光纤保护管和铠装光缆加以保护。然后 ，在钢筋上套 很多优 良特性 ，包括体积小 ，重量轻 ，抗电磁干扰，本 上不锈钢套管。并在套管一端按上护帽，用胶水将护 征无源，易于组成传感器网络等多个方面。目前发展 帽与套管固定住。钢筋与护帽，光缆与护帽间的缝隙 起来了一系列光纤光栅传感器，已报到的可以监测 用胶水封住，待胶固化后，在另一端向套管中灌上软 的物理量包括温度 、应变、压力 、压强、位移 、扭角、扭 胶 ，隔离护套对钢筋的增强作用 。待胶灌密实之后 ， 矩 、加速度、电流、电压 、磁场、频率、浓度、振动等。将 按上另一护帽，用胶水将护帽与套管固定 ，并用胶水 光纤光栅传感器贴装在材料和结构表面或埋入其 内 将钢筋与护帽，光缆与护帽间的缝隙填满 。待胶固化 部，可以实现对结构健康参数的系统监测。这些特有 后，再制作光纤跳线头。实际应用时，需将钢筋应变 的技术特点使得光纤光栅传感器在结构监测领域扮 计两端与被测钢筋两端焊接。 演着越来越重要的角色 【卜。1。 腔管 光纤光栅 不锈钢辅管 钢筋 随着国民经济的持续发展 ，对 以煤炭为代表的 能源需求逐步增加，深层矿井的开发力度也在逐步 加大。煤矿顶板监测是深层矿井安全监测的重要环 节，受到了结构监测领域的高度重视，其主要监测对 图1 光栅锚杆测力传感器示意图 象包括巷道锚杆支护的稳定性监测 ，回采工作面液 2．1．2 光栅位移传感器 压支架支护的稳定性监测，冲击地压的灾害监测等。 结合光纤光栅传感器的技术优势及煤矿顶板监 测的应用特点，摸索一套现场工艺，将扩大光纤光栅 传感器的应用范围，同时为进一步提高煤矿顶板监 测的有效性做出贡献。 2 光纤光栅传感器的封装结构 2．1 巷道锚杆支护的稳定性监测 图 2 光栅位移传感器示意 图 2．1．1 锚杆测力传感器 顶板位移是指老顶和直接顶的相对位移，也是 对锚杆的锚固程度 ，即锚杆应力的监测是巷道 巷道锚杆支护的稳定性监测中不可缺少的组成部 锚杆支护的稳定性监测 中重要环节 。光纤