基于光纖光柵傳感的煤礦井筒凍結壁溫度實時監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種基于光纖光柵傳感的煤礦井筒凍結壁溫度實時監(jiān)測方法,采用無縫鋼管作為光纖光柵傳感受載體，在管內(nèi)布置光柵溫度傳感器并采用有機材料進行增敏灌封，選取一定數(shù)量凍結孔作為測點布設光纖光柵傳感裝置并隨著鉆孔深度的增加進行串接，接入光柵光纖解調(diào)設備將信號傳輸至計算機系統(tǒng)采集并處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，對凍結壁進行實時溫度監(jiān)測。本發(fā)明監(jiān)測精度顯著優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)測手段，降低監(jiān)測誤差，避免及降低可能的錯誤施工決策；抗干擾能力強，無源工作，不需供電也不存在電信號和電子器件，避免局部溫度擾動，有效避免噪音數(shù)據(jù)，監(jiān)測穩(wěn)定性好；采用計算機技術，實時性高，能滿足不同方面的要求，為煤礦立井井筒凍結法施工進行指導。
【專利說明】 基于光纖光柵傳感的煤礦井筒凍結壁溫度實時監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦井筒施工監(jiān)測【技術領域】，尤其是一種基于光纖光柵傳感的煤礦井筒凍結壁溫度實時監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002]煤礦立井井筒在不穩(wěn)定表土層或隔絕地下水施工時，一般采取特殊施工方法才能順利通過，目前凍結法的使用非常廣泛。凍結法歷史較為悠久，在理論上和實踐上都已經(jīng)較為成熟。采用凍結法施工時，煤礦立井井筒的開挖必須選擇合適的時間，當凍結壁已經(jīng)形成而又尚未凍至井筒范圍以內(nèi)時凍結壁的穩(wěn)定性較好，是井筒開挖時機的最佳選擇，否則可能不利于井筒的掘進或者造成涌水冒砂事故，這就對煤礦立井井筒凍結壁的溫度監(jiān)測提出了嚴苛的工藝要求。但在目前的井筒凍結施工中，一般采用在凍結孔周圍布置測溫孔、根據(jù)測溫孔的監(jiān)測溫度來推算凍結壁厚度的方法，該方法存在很多缺點:一，只能反應凍結壁的局部發(fā)展情況，存在大量的盲點，無法反應整個凍結壁的發(fā)展情況；二，當凍結壁尚未形成交圈時，通過測溫孔的數(shù)據(jù)來判斷凍結壁的情況會有很大誤差；三，目前采用的傳統(tǒng)凍結壁測溫設備主要有測溫孔內(nèi)布置銅-康銅熱電偶串、熱敏電阻式數(shù)字單點測溫儀等，存在維護技術難度高、易損壞、在線實時監(jiān)測難度大等缺點。近年來，隨著光纖光柵制作技術的迅猛發(fā)展，光纖光柵傳感技術迅速崛起。相比較傳統(tǒng)的傳感器，光纖光柵傳感器優(yōu)點頗多，如:抗電磁干擾、抗腐蝕、電絕緣、高靈敏度等，并且容易實現(xiàn)網(wǎng)絡化及實時化監(jiān)測，為煤礦立井井筒凍結壁溫度實時監(jiān)測提供了技術基礎。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]技術問題:本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種抗干擾能力強、無源工作、避免局部溫度擾動、有效避免噪音數(shù)據(jù)、監(jiān)測穩(wěn)定性好的基于光纖光柵傳感技術的煤礦井筒凍結壁溫度實時監(jiān)測方法。
[0004]技術方案:本發(fā)明的基于光纖光柵傳感煤礦井筒凍結壁溫度實時監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0005]步驟一、根據(jù)煤礦井筒施工條件制備光纖光柵傳感裝置:
[0006]A、采用兩端車絲的無縫鋼管作為光纖光柵傳感受載體及保護管，并選用相應的高防漏活接頭作為鋼管連接件；
[0007]B、以無縫鋼管中點為對稱點，在無縫鋼管內(nèi)用長Ilm的光纖對稱布置串接三組間隔4m并編號的光柵溫度傳感器，將光纖用耐低溫易固化膠水粘貼固定于無縫鋼管內(nèi)壁，其中第一組位于無縫鋼管中點，其他兩組分別位于兩側與中點間隔為4m處，即與無縫鋼管兩端間隔為2m，將兩端的光纖接頭引出無縫鋼管；
[0008]C、采用熱膨脹系數(shù)較高的橡膠或樹脂有機材料，如環(huán)氧樹脂類膠，對無縫鋼管內(nèi)的光柵傳感器及光纖進行增敏灌封封裝，以保護光柵光纖并提高溫度靈敏度，灌封時無縫鋼管兩端內(nèi)各留0.5m長的接合間隙；[0009]D、將橡膠保護管裹套在兩端光纖接頭上，以保護光纖外露部分，完成光纖光柵傳感裝置的制備；
[0010]步驟二、選擇測點，在井筒凍結孔內(nèi)布設光纖光柵傳感裝置:
[0011]A、根據(jù)凍結孔的設置情況、凍結壁的設計厚度及溫度監(jiān)測范圍的要求，選取多個凍結孔作為測點；
[0012]B、在現(xiàn)場用鉆機鉆進施工凍結孔的同時，在測點孔內(nèi)布設多個光纖光柵傳感裝置；
[0013]C、隨著鉆孔深度的增加，將多個光纖光柵傳感裝置進行串接，先將上一光纖光柵傳感裝置上端的光纖接頭與下一光纖光柵傳感裝置下端的光纖接頭進行串接，并固定于無縫鋼管端口以內(nèi)，用有機材料進行封裝保護，然后將無縫鋼管上一光纖光柵傳感裝置無縫鋼管的上端與下一光纖光柵傳感裝置無縫鋼管的下端用活接頭進行連接，后面光纖光柵傳感裝置的連接依次類推，如此反復，直到鉆孔達到設計深度，埋設好多個光纖光柵傳感裝置；
[0014]步驟三、接入光柵光纖解調(diào)設備，將信號傳輸至計算機系統(tǒng)進行處理和實時監(jiān)測:
[0015]A、將各測點埋設完畢的光纖光柵傳感裝置地表外露的光纖接頭接入礦用光纜；
[0016]B、將礦用光纜接入光柵光纖解調(diào)設備；
[0017]C、將光柵光纖解調(diào)設備與計算機系統(tǒng)進行連接，從而將解調(diào)信號傳送至計算機系統(tǒng)；
[0018]D、通過計算機系統(tǒng)采集并處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，對凍結壁進行實時溫度監(jiān)測。
[0019]有益效果:本發(fā)明采用無縫鋼管作為光纖光柵傳感受載體，在管內(nèi)布置光柵溫度傳感器并采用有機材料進行增敏灌封，選取一定數(shù)量凍結孔作為測點布設光纖光柵傳感裝置并隨著鉆孔深度的增加進行串接，接入光柵光纖解調(diào)設備將信號傳輸至計算機系統(tǒng)采集并處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，對凍結壁進行實時溫度監(jiān)測。本發(fā)明監(jiān)測精度顯著優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)測手段，降低監(jiān)測誤差，避免及降低可能的錯誤施工決策；抗干擾能力強，無源工作，不需供電也不存在電信號和電子器件，避免局部溫度擾動，有效避免噪音數(shù)據(jù)，監(jiān)測穩(wěn)定性好；采用計算機技術，實時性高，能滿足不同方面的要求，為煤礦立井井筒凍結法施工進行指導。本發(fā)明與已有技術相比具有以下優(yōu)點:
[0020]1、采用光纖光柵傳感并采用增敏封裝，監(jiān)測精度顯著優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)測手段，降低監(jiān)測誤差，避免及降低可能的錯誤施工決策；
[0021]2、抗干擾能力強，無源工作，不需供電也不存在電信號和電子器件，避免局部溫度擾動，有效避免噪音數(shù)據(jù)，監(jiān)測穩(wěn)定性好；
[0022]3、采用計算機技術實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理及監(jiān)測，實時性高，且數(shù)據(jù)能即時顯示查閱，能滿足不同方面的要求，為煤礦立井井筒凍結法施工進行指導。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的煤礦光纖光柵傳感裝置結構示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明的煤礦立井井筒凍結孔測點布置平面圖。
[0025]圖3為本發(fā)明的煤礦凍結孔測點監(jiān)測布設結構示意圖。[0026]圖中:1-無縫鋼管，2-光柵溫度傳感器，3-光纖，4-橡膠或樹脂有機材料，5-高防漏光纖接頭，6-凍結孔，7-測點孔，8-井筒，9-礦用光纜，10-光柵光纖解調(diào)設備，11-計算機系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述:
[0028]實施例1:本發(fā)明基于光纖光柵傳的煤礦井筒凍結壁溫度實時監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0029]步驟一、根據(jù)煤礦井筒施工條件合理設計光纖光柵傳感裝置:
[0030]A、采用兩端車絲的無縫鋼管I作為光纖光柵傳感受載體及保護管，為不影響凍結效果并提高檢測精度，因凍結孔孔徑一般為160?200mm，無縫鋼管規(guī)格一般選用公稱外徑32mm、壁厚8mm、長度IOm的低碳鋼無縫鋼管，根據(jù)凍結孔實際孔徑大小可適當調(diào)整鋼管規(guī)格參數(shù)，并選用相應的高防漏光纖接頭5作為鋼管連接件；
[0031]B、以無縫鋼管I中點為對稱點，在鋼管內(nèi)用長Ilm的光纖3對稱布置串接三組間隔4m并合理編號的光柵溫度傳感器2，將光纖3用耐低溫易固化膠水粘貼固定于無縫鋼管I內(nèi)壁，三組光柵溫度傳感器2中的第一組位于鋼管中點，其他兩組分別位于兩側與中點間隔為4m處，與無縫鋼管I兩端間隔為2m，將兩端的光纖接頭引出無縫鋼管I ;
[0032]C、采用熱膨脹系數(shù)較高的橡膠或樹脂有機材料4，如環(huán)氧樹脂類膠，對無縫鋼管I內(nèi)的3個光柵傳感器及光纖3進行增敏灌封封裝，以保護光柵光纖并提高溫度靈敏度，灌封時鋼管兩端內(nèi)應各留0.5m長的接合間隙；
[0033]D、用橡膠保護管裹套在兩端高防漏光纖接頭5上，以保護光纖外露部分，完成光纖光柵傳感裝置的制備；
[0034]步驟二、選擇測點，在井筒8的凍結孔6內(nèi)布設光纖光柵傳感裝置:
[0035]A、根據(jù)凍結孔的設計布置情況、凍結壁的設計厚度及溫度監(jiān)測范圍的要求，選取多個凍結孔6作為測點；
[0036]B、在現(xiàn)場用鉆機鉆進施工凍結孔6的同時，在測點孔7內(nèi)布設多個光纖光柵傳感
裝置；
[0037]C、隨著鉆孔深度的增加，將多個光纖光柵傳感裝置進行串接，先將上一光纖光柵傳感裝置上端的光纖接頭與下一光纖光柵傳感裝置下端的光纖接頭進行串接，并固定于無縫鋼管端口以內(nèi)，用有機材料進行封裝保護，然后將無縫鋼管上一光纖光柵傳感裝置無縫鋼管的上端與下一光纖光柵傳感裝置無縫鋼管的下端用活接頭進行連接，后面光纖光柵傳感裝置的連接依次類推，如此反復，直到鉆孔達到設計深度，埋設好多個光纖光柵傳感裝置；
[0038]步驟三、接入光柵光纖解調(diào)設備10，將信號傳輸至計算機系統(tǒng)11進行處理和實時監(jiān)測:
[0039]A、將各測點埋設完畢的光纖光柵傳感裝置地表外露的光纖接頭接入礦用光纜9 ；
[0040]B、將礦用光纜接入光柵光纖解調(diào)設備；
[0041]C、將光柵光纖解調(diào)設備與計算機系統(tǒng)進行連接，從而將解調(diào)信號傳送至計算機系統(tǒng)； [0042] D、通過計算機系統(tǒng)采集并處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，對凍結壁進行實時溫度監(jiān)測。
【權利要求】
1.基于光纖光柵傳感的煤礦井筒凍結壁溫度實時監(jiān)測方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、根據(jù)煤礦井筒施工條件制備光纖光柵傳感裝置: A、采用兩端車絲的無縫鋼管作為光纖光柵傳感受載體及保護管，并選用相應的高防漏活接頭作為鋼管連接件； B、以無縫鋼管中點為對稱點，在無縫鋼管內(nèi)用長Ilm的光纖對稱布置串接三組間隔4m并編號的光柵溫度傳感器，將光纖用耐低溫易固化膠水粘貼固定于無縫鋼管內(nèi)壁，其中第一組位于無縫鋼管中點，其他兩組分別位于兩側與中點間隔為4m處，即與無縫鋼管兩端間隔為2m，將兩端的光纖接頭引出無縫鋼管； C、采用熱膨脹系數(shù)較高的橡膠或樹脂有機材料，如環(huán)氧樹脂類膠，對無縫鋼管內(nèi)的光柵傳感器及光纖進行增敏灌封封裝，以保護光柵光纖并提高溫度靈敏度，灌封時無縫鋼管兩端內(nèi)各留0.5m長的接合間隙； D、將橡膠保護管裹套在兩端光纖接頭上，以保護光纖外露部分，完成光纖光柵傳感裝置的制備； 步驟二、選擇測點，在井筒凍結孔內(nèi)布設光纖光柵傳感裝置: A、根據(jù)凍結孔的設置情況、凍結壁的設計厚度及溫度監(jiān)測范圍的要求，選取多個凍結孔作為測點； B、在現(xiàn)場用鉆機鉆進施工凍結孔的同時，在測點孔內(nèi)布設多個光纖光柵傳感裝置； C、隨著鉆孔深度的增加，將多個光纖光柵傳感裝置進行串接，先將上一光纖光柵傳感裝置上端的光纖接頭與下一光纖光柵傳感裝置下端的光纖接頭進行串接，并固定于無縫鋼管端口以內(nèi)，用有機材料進行封裝保護，然后將無縫鋼管上一光纖光柵傳感裝置無縫鋼管的上端與下一光纖光柵傳感裝置無縫鋼管的下端用活接頭進行連接，后面光纖光柵傳感裝置的連接依次類推，如此反復，直到鉆孔達到設計深度，埋設好多個光纖光柵傳感裝置； 步驟三、接入光柵光纖解調(diào)設備，將信號傳輸至計算機系統(tǒng)進行處理和實時監(jiān)測: A、將各測點埋設完畢的光纖光柵傳感裝置地表外露的光纖接頭接入礦用光纜； B、將礦用光纜接入光柵光纖解調(diào)設備； C、將光柵光纖解調(diào)設備與計算機系統(tǒng)進行連接，從而將解調(diào)信號傳送至計算機系統(tǒng)； D、通過計算機系統(tǒng)采集并處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，對凍結壁進行實時溫度監(jiān)測。
【文檔編號】G01K11/32GK103528712SQ201310514077
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權日:2013年10月25日
【發(fā)明者】方新秋, 劉曉寧, 梁敏富, 薛廣哲, 袁保寧 申請人:中國礦業(yè)大學