光纤光栅传感技术在煤矿井筒安全智能监测系统中的应用.pdfVIP

28 煤矿支护 2013年第 4期 石 家 庄 中 煤 杯 参 评 论 文 光纤光栅传感技术在煤矿井筒安全智能监测系统中的应用 郁 尚奇 唐艳 汤树成 张恒 徐巧。 张杰 [1一上海工程技术大学，上海 201620；2一上海启鹏工程材料科技有限公司，上海 201209] 摘 要 基于光纤光栅传感技术，在煤矿井筒结构安全监测系统中的潜在应用进行 了探讨，井筒结构安全监测 内容可涵盖井筒井壁应力应变、井筒环境温度 、井筒变 形、罐道 间隙、井筒地下水位等。多个基于光纤光栅测点的传感器 串接成一个传感 网络，对井筒结构进行准分布式检测 ，有效监测井壁应力应变变化以及井筒变形等 情况，为及时评价井筒安全状况与运行状态提供依据 ，确保井筒井壁的安全运行。 关键词 光纤光栅 传感技术 煤矿 井筒 安全 监测 测产品，具有集成化、智能化 、数字化 、网 刖 昌 络化等特点。 光纤光栅传感是通过被测外界物理量的 立井井筒是煤矿的咽喉要道，其安全运 变化来拉伸或压缩光纤光栅 ，从而达到改变 营是煤矿生产顺利进行 的重要保 障。 自 光纤光栅的反射波长的目的。光纤光栅 的中 1987年 以来，徐州 、大 屯、兖州、永夏、 心波长的变化量和被测物理量的变化量成线 淮北等矿区100多个煤矿不仅出现了岩层和 性关系，根据这些特性 ，基于光纤光栅原理 地表的移动 ，同时立井井筒及其采矿设施也 制造的传感器通过测量光的波长来测量外界 产生了不同程度的破坏和变形_llJ。为 了防止 物理量 。 其突发性破坏造成巨大的经济损失以及带来 光纤光栅信号处理器用于实时采集各光 的生命安全隐患，建立井筒的安全监测显得 纤光栅传感器的波长值，通过光纤光栅传感 尤为重要 。监测系统实时监测井筒损伤过 器波长变化量 的大小推算出相应物理量 (温 程，并进行预警 ，可以随时掌握井筒在运营 度 、应力等)的改变大小。这样就实现了物 期间的安全状态及其发展趋势，分析诊断病 理量传感检测的目的。光纤光栅传感系统如 态井壁 ，及时采取措施处理 ，杜绝重大安全 图 1所示。 事故的发生。 本文基于光纤光栅传感器的工作原理， 介绍了光纤光栅技术在煤矿井筒应力应变 、 环境温度 、破裂、变形以及井筒地下水位等 方面的典型监测应用。 光纾光栅信号处理器 FBG FBG2 FBG3 …… FBG 1 监测系统组成及工作原理 图 1 光纤光栅传感系统 针对井筒安全监测对象的不同，分别在 光纤光栅井筒结构安全传感系统包括 ： 不同监测点布设相应的光纤光栅传感器，同 光纤光栅传感器、传输光缆、光纤光栅信号 时将多个传感器串接成一个传感网络 ，对井 处理器、计算机 。较之传统煤矿井筒安全监 筒结构进行 自动测量、数据存储 ，通过光缆 2013年第 4期 煤矿支护 29 远距离传输 ，实现 自动无人实时观测、定时