一種煤礦采空區(qū)分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤礦采空區(qū)分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù) 警系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步和科技的日新月異，煤礦機(jī)械化程度大幅度提高，開采深度 不斷增加，開采速度日益加快，且綜采工作面浮煤厚度大，造成采空區(qū)面積不斷擴(kuò)大，冒落 高度不斷增大，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)煤自然發(fā)火事故頻發(fā)。煤自燃災(zāi)害一旦發(fā)生，由于火源的隱蔽 性和不確定性將給防滅火工作造成極大的困難，而綜采工作面設(shè)備先進(jìn)，產(chǎn)量大，采空區(qū)自 燃的發(fā)生勢(shì)必會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至誘發(fā)瓦斯、煤塵爆炸或煙霧蔓延等災(zāi)害，釀成人 員傷亡事故。可見，防治采空區(qū)煤自燃是保證我國(guó)煤礦安全高效生產(chǎn)與發(fā)展的重要保障。
[0003] 是否能夠?qū)︶娍諈^(qū)內(nèi)部進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)溫度異常點(diǎn)的位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，是決 定能否及時(shí)采取預(yù)防措施，防止火災(zāi)發(fā)生的關(guān)鍵。因此，煤炭自燃早期對(duì)采空區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)是防滅火工作的重要環(huán)節(jié)。目前，我國(guó)煤自燃監(jiān)測(cè)的技術(shù)主要有：指標(biāo)氣體分析法、示蹤 氣體法、電式傳感器測(cè)溫法及熱紅外測(cè)溫法等。它們的不足之處顯而易見，共性是不能實(shí)現(xiàn) 連續(xù)監(jiān)測(cè)，只能監(jiān)測(cè)到特定點(diǎn)的溫度，很有可能漏掉故障隱患。指標(biāo)氣體分析法需要全天候 采集、分析采空區(qū)氣體，勞動(dòng)強(qiáng)度大，耗費(fèi)人力物力。能夠滿足失蹤氣體法的失蹤物質(zhì)非常 少，目前這種方法多以實(shí)驗(yàn)室研究為主，真正煤礦應(yīng)用較少。電式傳感器測(cè)溫法主要采用的 傳感器包括熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器，它們都是應(yīng)用熱電效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量，傳輸 的信號(hào)是電信號(hào)，且傳輸距離短，因此對(duì)環(huán)境比較敏感，抗干擾能力較弱，可靠性較低，周圍 環(huán)境的好壞直接影響測(cè)溫結(jié)果；同時(shí)，傳感器需要電源供電，采空區(qū)內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，存在安全 隱患較多。熱紅外測(cè)溫法只能探測(cè)出物體表面與儀器垂直物體的溫度，采空區(qū)復(fù)雜環(huán)境對(duì) 測(cè)量結(jié)果影響很大，并且紅外溫度傳感器的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)造價(jià)昂貴，不易推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種溫度采集 范圍廣、可靠性高、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)、監(jiān)測(cè)精度高、能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)采空區(qū)的溫度連續(xù)監(jiān)測(cè)、實(shí) 用性強(qiáng)的煤礦采空區(qū)分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種煤礦采空區(qū)分布式光纖溫 度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:包括井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)和設(shè)置在地面上的地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)，均接 入井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)且用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的第一光端機(jī)和第二光端機(jī)，以及鋪設(shè)在煤 礦采空區(qū)的第一礦用感溫光纖和第二礦用感溫光纖;所述地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)接入井下工業(yè)環(huán) 網(wǎng)，所述第一礦用感溫光纖和第二礦用感溫光纖均呈方波形鋪設(shè)在煤礦采空區(qū)，且第一礦 用感溫光纖和第二礦用感溫光纖以煤礦采空區(qū)的中心線為對(duì)稱軸呈對(duì)稱鋪設(shè)，所述煤礦進(jìn) 風(fēng)巷內(nèi)設(shè)置有第一礦用光纖測(cè)溫主機(jī)，所述煤礦回風(fēng)巷內(nèi)設(shè)置有第二礦用光纖測(cè)溫主機(jī)， 所述第一礦用感溫光纖沿煤礦進(jìn)風(fēng)巷的底板和煤壁交界線或與該交界線平行的方向從采 煤工作面的上端頭鋪設(shè)出煤礦采空區(qū)并接入第一礦用光纖測(cè)溫主機(jī)，所述第一礦用光纖測(cè) 溫主機(jī)通過(guò)第一礦用通訊光纖與第一光端機(jī)連接，所述第二礦用感溫光纖沿煤礦回風(fēng)巷的 底板和煤壁交界線或與該交界線平行的方向從采煤工作面的下端頭鋪設(shè)出煤礦采空區(qū)并 接入第二礦用光纖測(cè)溫主機(jī)，所述第二礦用光纖測(cè)溫主機(jī)通過(guò)第二礦用通訊光纖與第二光 端機(jī)連接。
[0006] 上述的一種煤礦采空區(qū)分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述第一礦 用感溫光纖和第二礦用感溫光纖均為分布式鎧裝光纜。
[0007] 上述的一種煤礦采空區(qū)分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述第一礦 用感溫光纖與第二礦用感溫光纖在煤礦采空區(qū)的中心線附近距離最近的位置處的距離為 10m~15m 〇
[0008] 上述的一種煤礦采空區(qū)分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述煤礦采 空區(qū)中在與采煤工作面平行的方向上相鄰鋪設(shè)的第一礦用感溫光纖之間的距離和相鄰鋪 設(shè)的第二礦用感溫光纖之間的距離相等且均為15m~20m。
[0009] 上述的一種煤礦采空區(qū)分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述煤礦采 空區(qū)中第一礦用感溫光纖和第二礦用感溫光纖在沿采煤工作面垂直方向鋪設(shè)時(shí)均懸掛在 用于支撐采煤工作面頂板的液壓支架上。
[0010] 本發(fā)明還提供了一種方法步驟簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便、能夠?qū)Σ擅汗ぷ髅娌煽諈^(qū)溫度進(jìn) 行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的煤礦采空區(qū)分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，其特征在于該方法包括以下 步驟：
[0011] 步驟一、礦用感溫光纖鋪設(shè)與連接:首先，將第一礦用感溫光纖和第二礦用感溫光 纖以煤礦采空區(qū)的中心線為對(duì)稱軸均呈方波形對(duì)稱鋪設(shè)在煤礦采空區(qū)，且使所述第一礦用 感溫光纖與第二礦用感溫光纖在煤礦采空區(qū)的中心線附近距離最近的位置處的距離為l〇m ~15m，使所述煤礦采空區(qū)中在與采煤工作面平行的方向上相鄰鋪設(shè)的第一礦用感溫光纖 之間的距離和相鄰鋪設(shè)的第二礦用感溫光纖之間的距離相等且均為15m~20m;然后，將所 述第一礦用感溫光纖沿煤礦進(jìn)風(fēng)巷的底板和煤壁交界線或與該交界線平行的方向從采煤 工作面的上端頭鋪設(shè)出煤礦采空區(qū)并接入第一礦用光纖測(cè)溫主機(jī)，并將所述第二礦用感溫 光纖沿煤礦回風(fēng)巷的底板和煤壁交界線或與該交界線平行的方向從采煤工作面的下端頭 鋪設(shè)出煤礦采空區(qū)并接入第二礦用光纖測(cè)溫主機(jī)；
[0012] 步驟二、溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)連接:將所述第一礦用光纖測(cè)溫主機(jī)通過(guò)第一礦用通 訊光纖與第一光端機(jī)連接，將所述第二礦用光纖測(cè)溫主機(jī)通過(guò)第二礦用通訊光纖與第二光 端機(jī)連接，并將第一光端機(jī)、第二光端機(jī)和地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)均接入井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)；
[0013] 步驟三、信號(hào)采集及傳輸:第一礦用光纖測(cè)溫主機(jī)采集第一礦用感溫光纖監(jiān)測(cè)到 的溫度信號(hào)，分析處理得到鋪設(shè)第一礦用感溫光纖的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度和距離后通過(guò)第一 礦用通訊光纖傳輸給第一光端機(jī)，第一光端機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后通過(guò)井下工業(yè)環(huán)網(wǎng) 傳輸給地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)；同時(shí)，第二礦用光纖測(cè)溫主機(jī)采集第二礦用感溫光纖監(jiān)測(cè)到的溫 度信號(hào)，分析處理得到鋪設(shè)第二礦用感溫光纖的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度和距離后通過(guò)第二礦用 通訊光纖傳輸給第二光端機(jī)，第二光端機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后通過(guò)井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸 給地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)；
[0014] 步驟四、信號(hào)分析處理:地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)其接收到的煤礦采空區(qū)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的 溫度和距離進(jìn)行分區(qū)分段實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)，并將各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度與預(yù)設(shè)的報(bào)警溫度閾值 相比對(duì)，當(dāng)某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度超過(guò)報(bào)警溫度閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警指示。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0016] 1、本發(fā)明在煤礦采空區(qū)采用了礦用感溫光纖的方形波鋪設(shè)方法，并以煤礦采空區(qū) 的中心線為對(duì)稱軸進(jìn)行對(duì)稱鋪設(shè)，鋪設(shè)方法簡(jiǎn)單易行，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)煤礦采空區(qū)溫度場(chǎng)的連 接監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)范圍廣。
[0017] 2、本發(fā)明的第一礦用感溫光纖和第二礦用感溫光纖均采用了分布式鎧裝光纜，分 布式鎧裝光纜內(nèi)部有不銹鋼保護(hù)管和抗拉鋼絲網(wǎng)保護(hù)光纖不受損害，外護(hù)套為高性能的低 煙無(wú)鹵素阻燃熱塑型材料，具有抗砸、抗拉能力好、防燃防爆、抗腐蝕、耐高溫高熱、便于施 工布放、熱滲透快，測(cè)溫響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)；通過(guò)礦用感溫光纖進(jìn)行溫度信號(hào)的采集和傳輸， 采集范圍廣、覆蓋面大、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)、安全穩(wěn)定可靠，相對(duì)大量點(diǎn)式傳感器，可實(shí)現(xiàn)溫度 數(shù)據(jù)和位置信息的在線實(shí)時(shí)測(cè)量、災(zāi)情監(jiān)測(cè)和預(yù)警預(yù)報(bào)，獲取信息的單位成本大大降低。
[0018] 3、本發(fā)明采用分布式光纖實(shí)現(xiàn)采煤工作面采空區(qū)溫度場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè) 到的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理，能夠?qū)崿F(xiàn)采空區(qū)煤自燃火災(zāi)的分級(jí)預(yù)警和發(fā)火位置的判定，對(duì)礦 井防滅火工作具有重要的指導(dǎo)作用，能夠有效保障礦井的安全高效生產(chǎn)與發(fā)展。
[0019] 4、本發(fā)明煤礦采空區(qū)分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警方法的方法步驟簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便， 能夠?qū)Σ擅汗ぷ髅娌煽諈^(qū)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
[0020] 5、本發(fā)明的實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
[0021]綜上所述，本發(fā)明的溫度采集范圍廣，可靠性高，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，監(jiān)測(cè)精度高，能 夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)采空區(qū)的溫度連續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
[0022] 下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明煤礦采空區(qū)分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明煤礦采空區(qū)分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警方法的方法流程框圖。
[0025] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：
[0026] 1-地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)； 2-井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)； 3-1-第一光端機(jī)；
[0027] 3-2-第一礦用通訊光纖； 3-3-第一礦用光纖測(cè)溫主機(jī)；
[0028] 3-4-第一礦用感溫光纖； 4-1 一第二光端機(jī)；
[0029] 4-2-第二礦用通訊光纖； 4-3-第二礦用光纖測(cè)溫主機(jī)；
[0030] 4-4 一第二礦用感溫光纖； 5-采煤工作面；
[0031 ] 6 一煤礦米空區(qū)； 7-煤礦進(jìn)風(fēng)巷； 8 一煤礦回風(fēng)巷。
【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖1所示，本發(fā)明的煤礦采空區(qū)分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，包括井下工業(yè)環(huán) 網(wǎng)2和設(shè)置在地面上的地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)1，均接入井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)2且用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電 信號(hào)的第一光端機(jī)3-1和第二光端機(jī)4-1，以及鋪設(shè)在煤礦米空區(qū)6的第一礦用感溫光纖3-4 和第二礦用感溫光纖4-4;所述地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)1接入井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)2,所述第一礦用感溫光 纖3-4和第二礦用感溫光纖4-4均呈方波形鋪設(shè)在煤礦采空區(qū)6,且第一礦用感溫光纖3-4和 第二礦用感溫光纖4-4以煤礦采空區(qū)6的中心線為對(duì)稱軸呈對(duì)稱鋪設(shè)，所述煤礦進(jìn)風(fēng)巷7內(nèi) 設(shè)置有第一礦用光纖測(cè)溫主機(jī)3-3,所述煤礦回風(fēng)巷8內(nèi)設(shè)置有第二礦用光纖測(cè)溫主機(jī)4-3， 所述第一礦用感溫光纖3-4沿煤礦進(jìn)風(fēng)巷7的底板和煤壁交界線或與該交界線平行的方向 從采煤工作面5的上端頭鋪設(shè)出煤礦采空區(qū)6并接入第一礦用光纖測(cè)溫主機(jī)3-3,所述第一 礦用光纖測(cè)溫主機(jī)3-3通過(guò)第一礦用通訊光纖3-2與第一光端機(jī)3-1連接，所述第二礦用感 溫光纖4-4沿煤礦回風(fēng)巷8的底板和煤壁交界線或與該交界線平行的方向從采煤工作面5的 下端頭鋪設(shè)出煤礦采空區(qū)6并接入第二礦用光纖測(cè)溫主機(jī)4-3,所述第二礦用光纖測(cè)溫主機(jī) 4-3通過(guò)第二礦用通訊光纖4-2與第二光端機(jī)4-1連接。
[0033] 本實(shí)施例中，所述第一礦用感溫光纖3-4和第二礦用感溫光纖4-4均為分布式鎧裝 光纜。分布式鎧裝光纜內(nèi)部有不銹鋼保護(hù)管和抗拉鋼絲網(wǎng)保