矿井巷道围岩健康监测

矿井巷道围岩健康监测解决方案上海光子光电传感设备有限公司矿井巷道围岩健康监测系统上海光子光电传感设备有限公司1ShanghaiOptoelectronicSensorEquipmentCo.,Ltd1矿井综合监测简介1.1矿井综合监测矿井安全一直是煤矿行业的重中之重，近年来，国内的煤炭生产安全事故不断，引起了社会各界人士对矿井安全的关注，也成为各级部门领导最关心和坚决解决的一个问题。如何做到及时的预防和减少安全生产事故成为矿井安全最重要的一个环节。目前国内煤矿行业中，多数企业都已经或正在进行生产调度、监测监控等系统的建设，这些系统的建立在实现安全生产的过程中起到了重要的作用。矿井监控是为了煤矿安全和正常生产而进行的各种有关参数或状态的集中监测，并对有关环节加以控制，是保护采掘、运输、通风、排水等主要生产环节安全运行的重要手段。就矿井监控而言，包括矿井环境安全监测和矿井生产（及设备工况等）监控两个方面，矿井环境安全监测用于监测影响生产安全和矿工人身安全的井下环境因素，矿井生产监控系统用来监控煤炭生产主要设备的工况。监控系统一般由传感器、数据采集站、控制站、信号传输系统和地面中心站组成。利用最先进的传感技术建立一套完整的监测数据库、采用计算机网络作为传输和共享平台、利用网络进行信息发布和管理的安全监测信息系统是结构健康监测的一个共通的趋势。这个系统，不仅用于矿井安全监测数据的管理，还对所有监测数据进行集中统一管理和长期保存，让用户及时、准确地查询、获取监测信息，而且还可为运营决策、运行安全、降低维护成本提供科学依据，为矿井管理提供良好的经验。1.2项目主要内容巷道变形问题多年来一直影响着煤矿安全生产。通过对处于保护煤柱范围内的水平运输大巷应变分布进行实时监测，继而对巷道变形规律分析，可以得到一些认识和结论，对于科学制定变形大巷维修方案具有一定意义，同时对井巷各类保护煤柱的合理留设以及松软岩层巷道设计具有一定参考价值。矿井巷道围岩健康监测系统上海光子光电传感设备有限公司2ShanghaiOptoelectronicSensorEquipmentCo.,Ltd事实上，对于矿井的安全监测涉及到高温、瓦斯、变形、粉尘等多个方面，该技术方案着重讨论矿井的结构变形及温度监测，依据对监测工作的要求，这里主要讨论以矿井巷道沉降为主要监测内容的应变监测系统的技术方案。另外如有需要，也可以同时实现对矿井温度分布的实时监测。2试验段系统2.1试验段目的利用OZ公司的DSTS作为核心监测设备，选取某一水平巷道作为本次试验段项目的监测对象，重点进行巷道围岩应变监测。利用得到的监测数据进行分析，从而总结出巷道变形规律，以便能及时采取相应治理措施，对确保巷道稳定，保证安全生产。2.2设计目标巷道围岩应变监测通过在巷道支护表面上铺设应变传感光缆，利用DSTS对支护的应变的分布进行实时监测，在线提供当前各支护所受应力的大小，一旦超过设定的阈值及时给出报警，预判可能发生的危险事件。同时以测得的数据为基础，分析巷道围岩变形的规律，保证煤矿生产的安全。2.3系统结构2.3.1整体结构系统整体结构可以分为：光纤传感网络和监测站两部分。光纤传感网络由应变传感光缆组成，完成巷道围岩支护应变量的传感传输。DSTS主机放置在控制室，同时原始的温度数据可以在本机或远程提取与查看。矿井巷道围岩健康监测系统上海光子光电传感设备有限公司3ShanghaiOptoelectronicSensorEquipmentCo.,Ltd图表4系统布置示意图2.3.2应变传感光缆的铺设传感光缆沿巷道围岩的支护架表面铺设，如果工程施工许可，还可沿支护锚杆铺设传感光纤，以全面监测巷道围岩的变形情况。视实际工程需要，对巷道内的每个支护架或者选取若干个支护架铺设传感光缆。利用光线固定件把光纤固定在沿支护架安装的夹具上并把光纤拉直呈受力状态；以便传感光纤能对巷道变形具有较高的反应灵敏度。安装完毕后测试出传感光纤初始状态的数据并保存。2.4数据处理及通信DSTS的采集文件被转换并输出到文件夹中。表格的每一栏都代表了传感光缆线路上一个地理位置点的不同温度值。每一行都显示了一个获取数据的空间应变曲线分布。以这个表格为基础，绘制两种类型的图表用做进一步的分析。一种矿井巷道围岩健康监测系统上海光子光电传感设备有限公司4ShanghaiOptoelectronicSensorEquipmentCo.,Ltd是显示光缆线路上应变与空间分布曲线图，另一种显示某一特定点的应变随时间变化曲线图。如下图示：图表8软件界面DSTS把实时收到的温度信号通过USB、RS232、内置继电器、MODBUS等多种输出形式与PC、PLC、消防报警系统、SCADA等其他控制设备进行互连，可与报警控制器等系统进行联网，提供信号进行声光报警。通过互联网，还可提供全球定位系统定位，无线通讯，服务电话，SMS短信等服务。2.5系统通讯光纤分布式应变监测系统可以提供USB、RS-232或者以太网通讯端口，将巷道围岩变形的实时应变信息和异常信息以开放协议方式通讯传输至控制中心，供集成监控系统显示和执行相关联动。连接如下图所示：矿井巷道围岩健康监测系统上海光子光电传感设备有限公司5ShanghaiOptoelectronicSensorEquipmentCo.,Ltd3小结近年来，分布式光纤传感市场以60％以上的速度递增，越来越得到各个领域人士的认可。在国内，隧道、桥梁、大坝等大型土木建筑的结构健康监测逐渐成为研究的热点。近年来，矿井事故频发，矿井安全被各级领导所重视。利用分布式光纤传感技术对矿井巷道围岩的结构变形、应变进行监测，对巷道可能出现的异常变形进行长期在线监测目前在国内还鲜有实际应用。以DSTS为核心监测设备，对巷道围岩应变分布进行监测，可以有效的降低事故的发生概率，同时也能够填补这一领域目前的空白状况。如实际工程又需要，还可对巷道内的温度分布同时进行监测。而基于受激布里渊散射的分布式光纤传感技术（DSTS）在技术指标上较DTS/BOTDR要更胜一筹。将会是未来分布式光纤传感系统的发展方向。突出的性能指标具体表现为：超长的可监测距离，达到100公里高温度及应变分辨率，温度达0.005℃，应变达0.1με测量时间短，最低1秒即可完成整个回路的测量便于对待监测的区域进行集中管理