一种煤矿采煤工作面采空区光纤光栅感温监测系统及方法

摘要

一种煤矿采煤工作面采空区光纤光栅感温监测系统及方法，属于煤矿工作面采空区感温监测系统及方法。在采空区内布设3～5个监测测站，每个监测测站内包括10～12个光纤光栅温度传感器，每个监测测站内的光纤光栅温度传感器之间通过光纤尾纤串联在一起，将光纤光栅温度传感器的引出端光纤尾纤与通讯光纤连接，通过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计算机相连接。优点：测温精度高、安装方便、方法简便，实现采煤工作面采空区进行大面积、长距离、大范围、远距离、长期的温度实时、在线监测，并对火灾进行提前预警及超限报警，大大减少采空区煤自燃发火的事故发生。

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿工作面采空区感温监测系统及方法，具体是一种煤矿采煤工作面 采空区光纤光栅感温监测系统及方法，

背景技术

我国是世界上煤炭产量最大的国家，也是煤层自燃发火最为严重的国家之一，不仅会 给煤矿带来严重的经济损失，而且会造成大量的煤矿人员的伤亡。据统计，我国国有重点 煤矿中具有自燃危险的矿井约占51.3%，占总矿井火灾的90%以上，由于煤层自燃，我国 每年损失煤炭资源2亿吨左右；同时，煤炭自燃发火也是酿成煤矿瓦斯爆炸重大恶性事故 的原因之一。可见，煤层自燃火灾成为制约煤矿安全高效生产与发展的主要因素之一。

煤层自燃发火是防灭火工作的治理重点，绝大部分自燃发火发生在采空区内。随着煤 矿开采深度的增加，开采机械化程度的大幅度提高，开采速度日益加快，且综采工作面浮 煤厚度大，造成了采空区面积不断增大，出现采空区遗留煤的厚度加大，导致采空区内煤 自然发火事故频发，而综采工作面产量大、设备精，一旦发生自燃势必造成巨大的经济损 失。因此，防治采空区煤炭自燃是保证我国煤矿安全高效生产的重点。

目前，我国煤矿自燃火灾自动监测及报警系统在原理上均采用热电信号的传感器，包 括热敏电阻传感器及热电偶传感器。它们都是应用热电信号进行处理，因此对环境比较敏 感，周围环境的好坏直接影响到系统能否正常运行。同时，传感器需要电源供电，传输的 信号是电信号，抗干扰能力较弱，可靠性较低，采空区内环境恶劣，故存在许多安全隐患； 且信号传输距离短，不能实现大范围长期在线实时监测。

发明内容

技术问题：为了克服现有技术中的不足，本发明的目的是为了适应现在煤矿安全高效 生产，满足煤矿井下安全需要，提供一种安装方便，方法简便，本质安全，无安全隐患存 在，光纤传输信号，信号传输距离远，测量精度高，可靠性好的煤矿采煤工作面采空区光 纤光栅感温监测系统及方法。

技术方案：本发明的目的通过如下技术方案实现：一种煤矿采煤工作面采空区光纤光 栅感温监测系统，包括光纤光栅静态解调仪、监控计算机、网络服务器、客户端、矿用传 输光缆、光纤终端盒、第一通讯光纤、第二通讯光纤、监测测站、光纤光栅温度传感器、 光纤尾纤；在采空区内布设3～5个监测测站，每个监测测站内包括10～12个光纤光栅温度 传感器，每个监测测站内的光纤光栅温度传感器之间通过光纤尾纤串联在一起，将光纤光 栅温度传感器的引出端光纤尾纤分别与第一通讯光纤和第二通讯光纤连接，通过光纤终端 盒将第一通讯光纤和第二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计算机相连接，监控计算机通过 网络服务器、煤矿局域网与客户端进行数据共享，形成煤矿采煤工作面采空区全光纤通讯 的光纤光栅感温监测系统。

所述的监测测站成行间隔排列，行间隔距离为15～20米。

所述的光纤光栅温度传感器间隔排列，间隔距离为10～15米。

所述的光纤光栅温度传感器串联在一起的连接方式为光纤尾纤通过光纤熔接机熔接 或者通过光纤耦合器连接在一起；

所述的监控计算机内嵌分析处理软件，能够进行输入、接收、存储、历史查询、实时 画面显示、列表显示、报警预警。

一种煤矿采煤工作面采空区光纤光栅感温监测的方法：

a、矿用传输光缆通过光纤终端盒分为两个通道，两通道分别连接第一通讯光纤和第 二通讯光纤；

b、在采空区内布先设一个监测测站，在监测测站内间隔布置一组光纤光栅温度传感 器，光纤光栅温度传感器的间隔距离为10～15米，通过光纤尾纤将监测测站内的光纤光栅 温度传感器串联在一起，随着采煤工作面的向前推进，间隔距离为15～20米时布设下一个 监测测站，直至完成设定的监测测站数目；

c、第一通讯光纤和第二通讯光纤布设至采煤工作面的上下两端头，并与监测测站内 光纤光栅温度传感器的引出端光纤尾纤连接；

d、所有的光纤光栅温度传感器安装好，即进入工作状态，监测采空区温度变化；

e、将光纤光栅温度传感器采集的光波信号通过光纤及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，然后传输至监控计算机，通过 安装在监控计算机的分析处理软件进行数据处理，实时显示采空区温度数据及变化趋势， 当温度数据超过设定的采空区温度阈值时，发生预警及报警；

f、通过煤矿局域网4和网络服务器3，将监测的采空区温度数据进行全矿共享，实现 对采煤工作面采空区全天在线实时远程监测。

有益效果：由于采用了上述方案，本发明具有以下优点：

本发明采用了光纤光栅温度传感器监测采空区内的温度，配置了光纤光栅静态解调仪、光 纤终端盒和光纤分路器等高端连接设备，测温精度高、安装方便、方法简便，光纤光栅温 度传感器本质安全、可有效避免复杂恶劣环境下电磁干扰的影响、无安全隐患存在；通过 光纤进行温度信号的传输，信号传输距离远、安全可靠及稳定；实现采煤工作面采空区进 行大面积、长距离、大范围、远距离、长期的温度实时、在线监测，响应时间短，可及时 并准确的提供采空区温度监测结果，并对火灾进行提前预警及超限报警，大大减少采空区 煤自燃发火的事故发生，适应了现在煤矿的安全高效生产，满足煤矿井下安全需要，促进 科研工作。

附图说明

图1为本发明的感温监测系统结构图。

图中，1、光纤光栅静态解调仪；2、监控计算机；3、网络服务器；4、煤矿局域网； 5、客户端；6、矿用传输光缆；7、光纤终端盒；80、第一通讯光纤；81、第二通讯光纤 9、采煤工作面；10、监测测站；11、光纤光栅温度传感器；12、采空区；100、光纤尾纤。

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：

实施例1：一种煤矿采煤工作面采空区光纤光栅感温监测系统，在采空区12内布设 3～5个监测测站10，监测测站10成行间隔排列，行间隔距离为15～20米，每个监测测站 10内包括10～12个光纤光栅温度传感器11，光纤光栅温度传感器11的间隔距离为10～15 米，通过光纤尾纤100将监测测站10内的光纤光栅温度传感器11利用光纤熔接机熔接或 者光纤耦合器连接的方式串联在一起，将光纤光栅温度传感器11的引出端光纤尾纤100 与第一通讯光纤80和第二通讯光纤81连接，通过光纤终端盒7将第一通讯光纤80和第 二通讯光纤80与矿用传输光缆6连接，矿用传输光缆6与光纤光栅静态解调仪1的输入 端连接，光纤光栅静态解调仪1的输出端与监控计算机2相连接，监控计算机2通过网络 服务器3、煤矿局域网4与客户端5进行数据共享，形成煤矿采煤工作面采空区全光纤通 讯的光纤光栅感温监测系统。

所述的监测测站成行间隔排列，行间隔距离为15～20米。

所述的光纤光栅温度传感器间隔排列，间隔距离为10～15米。

所述的光纤光栅温度传感器串联在一起的连接方式为光纤尾纤通过光纤熔接机熔接 或者通过光纤耦合器连接在一起；所述的光纤耦合器为常规的连接两条光纤的小设备。

所述的监控计算机内嵌分析处理软件，能够进行输入、接收、存储、历史查询、实时 画面显示、列表显示、报警预警。

一种煤矿采煤工作面采空区光纤光栅感温监测的方法：

a、矿用传输光缆通过光纤终端盒分为两个通道，两通道分别连接通讯光纤；

b、在采空区内布先设一个监测测站，在监测测站内间隔布置一组光纤光栅温度传感 器，光纤光栅温度传感器的间隔距离为10～15米，通过光纤尾纤将监测测站内的光纤光栅 温度传感器串联在一起，随着采煤工作面的向前推进，间隔距离为15～20米时布设下一个 监测测站，直至完成设定的监测测站数目；

c、两条通讯光纤布设至采煤工作面的上下两端头，并与监测测站内光纤光栅温度传 感器的引出端光纤尾纤连接；

d、所有的光纤光栅温度传感器安装好，即进入工作状态，监测采空区温度变化；

e、将光纤光栅温度传感器采集的光波信号通过光纤及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，然后传输至监控计算机，通过 安装在监控计算机的分析处理软件进行数据处理，实时显示采空区温度数据及变化趋势， 当温度数据超过设定的采空区温度阈值时，发生预警及报警；

f、通过煤矿局域网和网络服务器，将监测的采空区温度数据进行全矿共享，实现对 采煤工作面采空区全天在线实时远程监测。

本发明的煤矿采煤工作面采空区光纤光栅感温监测系统及方法，在采空区布置若干监 测测站，测站内运用光纤光栅温度传感器，井下利用光纤终端盒和光纤分路器等高端连接 设备，系统测温精度高、安装方便、方法简便，光纤光栅温度传感器本质安全、可有效避 免复杂恶劣环境下电磁干扰的影响、无安全隐患存在；通过光纤进行温度信号的传输，信 号传输距离远、安全可靠及稳定；实现采煤工作面采空区进行大面积、长距离、大范围、 远距离、长期的温度实时、在线监测，响应时间短，可及时并准确的提供采空区温度监测 结果，并对火灾进行提前预警及超限报警，大大减少采空区煤自燃发火的事故发生，适应 了现在煤矿的安全高效生产，满足煤矿井下安全需要，促进科研工作。