基于光纤光栅传感技术的煤矿顶板安全在线监测系统

作者:系统管理员发布时间:2013-06-05浏览次数:2696

成果简介:基于光纤光栅传感技术的煤矿顶板安全在线监测系统是以中国矿业大学多年来形成的顶板动态监测与支护质量检测理论、技术、软件仪器为基础,最新引进光纤光栅传感技术,进行集成创新,建立起来的新型矿用顶板动态、围岩应力、锚杆(索)受力、支架受压的在线实时监测系统。此系统将计算机技术、光纤通信与数据处理技术、传感器技术和煤矿安全技术融为一体,通过各种不同功能的光纤光栅传感器,将被测的不同形式的物理量(如应力、应变、位移、压力等)转变成便于记录及再处理的光信号,通过光纤光栅信号处理仪器对监测的数据进行处理,处理结果上传至监控主机,构成一套合理的煤矿顶板安全在线监测系统。

本系统主要分为巷道顶板在线监测和综采工作面支架工作阻力在线监测两部分,可以实现多重功能:1)监测掘进和回采巷道的顶板离层位移与速度;(2)监测锚杆支护巷道锚杆或锚索的载荷应力;(3监测巷道围岩或煤柱内部应力;(4)监测综采工作面支架和超前支护工作阻力;(5)井上计算机在线动态显示监测参数和超限预警6)该系统监测的数据自动存储,可以历史查询以及数据信息共享。

本项目研究是一项源于国家高科技研究发展计划(863计划)自然科学基金项目江苏省优势学科建设项目的开发项目,主要针对目前我国煤矿顶板安全监测水平低、事故突发频繁等现状,通过技术开发和煤矿实践应用相结合的技术路线,建立煤矿顶板安全监测和事故突发预警系统,从而实现煤炭资源绿色高效开采及科学采矿的理念。

技术特点:

1开发了新型的矿用光纤光栅巷道顶板离层仪、光纤光栅测力锚杆、光纤光栅锚杆(索)测力计、光纤光栅位移传感器、光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器及光纤光栅支架压力表,实现了煤矿顶板安全在线监测的现场传感器无源工作,本质安全,防电磁干扰。尤其适合高瓦斯大断面巷道、综采工作面使用。

2)通过对光纤光栅解调信号处理软件进行二次开发,编写出实用便捷的可在Windows环境下工作的监测软件,可多通道、高频率实时动态显示井下各监测点状态。结合监测数据接收计算机、光纤收发器、光纤光栅处理器和各种光纤光栅传感器,构成了煤矿顶板安全在线实时动态显示和监测预警系统。

3)将光纤光栅技术与煤矿顶板安全监测技术相结合,实现了远距离快速稳定通讯,最大传输距离达20Km;监测系统支持多参数监测和分析,具有灵活的配置模式,且信号覆盖范围广、容量大,单台设备可同时监测1000多测点,适用于井下不同的开采条件的测区,测点布置。

知识产权及获奖情况:

系统集成创新,监测软件和部分硬件设备拥有自主知识产权,正在申报专利,现场应用后鉴定。

应用前景:

长期以来,我国煤矿顶板事故伤亡人数居高不下,顶板事故已经成为影响煤矿安全生产的重灾区。目前,对顶板压力、位移、锚杆受力状况等直接影响煤矿安全因素的监测仍采用传统的、常规的机械式或电感式方法,大部分靠人工观测,不能实现对巷道围岩压力、应力、位移、锚杆受力及采场支架工作阻力等状况的在线实时监测和预警。基于光纤光栅传感技术的煤矿顶板安全在线监测系统所开发的新型光纤光栅传感器,通过测量光的波长变化可以在线实时监测顶板应变、应力、位移、锚杆受力、支架工作阻力、煤柱应力等参数,具有不怕恶劣环境、抗电磁干扰、易于传输、测量精确和准分布式测量等优点。实时掌握了解巷道围岩及采场顶板的状态,实现对煤矿顶板安全事故的预警,为巷道围岩及采场顶板的稳定程度和安全性评估提供科学依据。基于光纤光栅技术的煤矿顶板安全监测系统,对于煤矿安全高效开采有着重要的工程意义和广阔的发展前景。

应用情况:正在推广阶段,与阳煤集团、晋煤集团、焦煤集团达成初步合作意向。

合作方式:技术开发、技术服务