一種煤礦采空區分布式光纖溫度監測預警系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于煤礦安全技術領域，具體涉及一種煤礦采空區分布式光纖溫度監測預 警系統及方法。
【背景技術】
[0002] 隨著社會的發展進步和科技的日新月異，煤礦機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，造成采空區面積不斷擴大，冒落 高度不斷增大，導致采空區內煤自然發火事故頻發。煤自燃災害一旦發生，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，而綜采工作面設備先進，產量大，采空區自 燃的發生勢必會造成巨大的經濟損失，甚至誘發瓦斯、煤塵爆炸或煙霧蔓延等災害，釀成人 員傷亡事故。可見，防治采空區煤自燃是保證我國煤礦安全高效生產與發展的重要保障。
[0003] 是否能夠對釆空區內部進行實時監控，對溫度異常點的位置進行準確定位，是決 定能否及時采取預防措施，防止火災發生的關鍵。因此，煤炭自燃早期對采空區進行實時監 測是防滅火工作的重要環節。目前，我國煤自燃監測的技術主要有：指標氣體分析法、示蹤 氣體法、電式傳感器測溫法及熱紅外測溫法等。它們的不足之處顯而易見，共性是不能實現 連續監測，只能監測到特定點的溫度，很有可能漏掉故障隱患。指標氣體分析法需要全天候 采集、分析采空區氣體，勞動強度大，耗費人力物力。能夠滿足失蹤氣體法的失蹤物質非常 少，目前這種方法多以實驗室研究為主，真正煤礦應用較少。電式傳感器測溫法主要采用的 傳感器包括熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器，它們都是應用熱電效應進行溫度測量，傳輸 的信號是電信號，且傳輸距離短，因此對環境比較敏感，抗干擾能力較弱，可靠性較低，周圍 環境的好壞直接影響測溫結果；同時，傳感器需要電源供電，采空區內環境復雜，存在安全 隱患較多。熱紅外測溫法只能探測出物體表面與儀器垂直物體的溫度，采空區復雜環境對 測量結果影響很大，并且紅外溫度傳感器的火災預警系統造價昂貴，不易推廣。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種溫度采集 范圍廣、可靠性高、信號傳輸距離遠、監測精度高、能夠實現整個采空區的溫度連續監測、實 用性強的煤礦采空區分布式光纖溫度監測預警系統。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種煤礦采空區分布式光纖溫 度監測預警系統，其特征在于:包括井下工業環網和設置在地面上的地面監控計算機，均接 入井下工業環網且用于將光信號轉換為電信號的第一光端機和第二光端機，以及鋪設在煤 礦采空區的第一礦用感溫光纖和第二礦用感溫光纖;所述地面監控計算機接入井下工業環 網，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在煤礦采空區，且第一礦 用感溫光纖和第二礦用感溫光纖以煤礦采空區的中心線為對稱軸呈對稱鋪設，所述煤礦進 風巷內設置有第一礦用光纖測溫主機，所述煤礦回風巷內設置有第二礦用光纖測溫主機， 所述第一礦用感溫光纖沿煤礦進風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出煤礦采空區并接入第一礦用光纖測溫主機，所述第一礦用光纖測 溫主機通過第一礦用通訊光纖與第一光端機連接，所述第二礦用感溫光纖沿煤礦回風巷的 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出煤礦采空區并 接入第二礦用光纖測溫主機，所述第二礦用光纖測溫主機通過第二礦用通訊光纖與第二光 端機連接。
[0006] 上述的一種煤礦采空區分布式光纖溫度監測預警系統，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分布式光纖溫度監測預警系統，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分布式光纖溫度監測預警系統，其特征在于:所述煤礦采 空區中在與采煤工作面平行的方向上相鄰鋪設的第一礦用感溫光纖之間的距離和相鄰鋪 設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分布式光纖溫度監測預警系統，其特征在于:所述煤礦采 空區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時均懸掛在 用于支撐采煤工作面頂板的液壓支架上。
[0010] 本發明還提供了一種方法步驟簡單、實現方便、能夠對采煤工作面采空區溫度進 行實時在線監測的煤礦采空區分布式光纖溫度監測預警方法，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 纖以煤礦采空區的中心線為對稱軸均呈方波形對稱鋪設在煤礦采空區，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，使所述煤礦采空區中在與采煤工作面平行的方向上相鄰鋪設的第一礦用感溫光纖 之間的距離和相鄰鋪設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風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出煤礦采空區并接入第一礦用光纖測溫主機，并將所述第二礦用感溫 光纖沿煤礦回風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 鋪設出煤礦采空區并接入第二礦用光纖測溫主機；
[0012] 步驟二、溫度監測預警系統連接:將所述第一礦用光纖測溫主機通過第一礦用通 訊光纖與第一光端機連接，將所述第二礦用光纖測溫主機通過第二礦用通訊光纖與第二光 端機連接，并將第一光端機、第二光端機和地面監控計算機均接入井下工業環網；
[0013] 步驟三、信號采集及傳輸:第一礦用光纖測溫主機采集第一礦用感溫光纖監測到 的溫度信號，分析處理得到鋪設第一礦用感溫光纖的各個監測點的溫度和距離后通過第一 礦用通訊光纖傳輸給第一光端機，第一光端機將光信號轉換為電信號后通過井下工業環網 傳輸給地面監控計算機；同時，第二礦用光纖測溫主機采集第二礦用感溫光纖監測到的溫 度信號，分析處理得到鋪設第二礦用感溫光纖的各個監測點的溫度和距離后通過第二礦用 通訊光纖傳輸給第二光端機，第二光端機將光信號轉換為電信號后通過井下工業環網傳輸 給地面監控計算機；
[0014] 步驟四、信號分析處理:地面監控計算機對其接收到的煤礦采空區各個監測點的 溫度和距離進行分區分段實時顯示和存儲，并將各個監測點的溫度與預設的報警溫度閾值 相比對，當某個監測點的溫度超過報警溫度閾值時進行報警指示。
[0015] 本發明與現有技術相比具有以下優點：
[0016] 1、本發明在煤礦采空區采用了礦用感溫光纖的方形波鋪設方法，并以煤礦采空區 的中心線為對稱軸進行對稱鋪設，鋪設方法簡單易行，實現了整個煤礦采空區溫度場的連 接監測，監測范圍廣。
[0017] 2、本發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 布式鎧裝光纜內部有不銹鋼保護管和抗拉鋼絲網保護光纖不受損害，外護套為高性能的低 煙無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，測溫響應迅速等優點；通過礦用感溫光纖進行溫度信號的采集和傳輸， 采集范圍廣、覆蓋面大、信號傳輸距離遠、安全穩定可靠，相對大量點式傳感器，可實現溫度 數據和位置信息的在線實時測量、災情監測和預警預報，獲取信息的單位成本大大降低。
[0018] 3、本發明采用分布式光纖實現采煤工作面采空區溫度場的在線監測，通過對監測 到的數據進行后續處理，能夠實現采空區煤自燃火災的分級預警和發火位置的判定，對礦 井防滅火工作具有重要的指導作用，能夠有效保障礦井的安全高效生產與發展。
[0019] 4、本發明煤礦采空區分布式光纖溫度監測預警方法的方法步驟簡單，實現方便， 能夠對采煤工作面采空區溫度進行實時在線監測。
[0020] 5、本發明的實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0021]綜上所述，本發明的溫度采集范圍廣，可靠性高，信號傳輸距離遠，監測精度高，能 夠實現整個采空區的溫度連續監測，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0022] 下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明煤礦采空區分布式光纖溫度監測預警系統的結構示意圖。
[0024]圖2為本發明煤礦采空區分布式光纖溫度監測預警方法的方法流程框圖。
[0025] 附圖標記說明：
[0026] 1-地面監控計算機； 2-井下工業環網； 3-1-第一光端機；
[0027] 3-2-第一礦用通訊光纖； 3-3-第一礦用光纖測溫主機；
[0028] 3-4-第一礦用感溫光纖； 4-1 一第二光端機；
[0029] 4-2-第二礦用通訊光纖； 4-3-第二礦用光纖測溫主機；
[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； 7-煤礦進風巷； 8 一煤礦回風巷。
【具體實施方式】
[0032]如圖1所示，本發明的煤礦采空區分布式光纖溫度監測預警系統，包括井下工業環 網2和設置在地面上的地面監控計算機1，均接入井下工業環網2且用于將光信號轉換為電 信號的第一光端機3-1和第二光端機4-1，以及鋪設在煤礦米空區6的第一礦用感溫光纖3-4 和第二礦用感溫光纖4-4;所述地面監控計算機1接入井下工業環網2,所述第一礦用感溫光 纖3-4和第二礦用感溫光纖4-4均呈方波形鋪設在煤礦采空區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6的中心線為對稱軸呈對稱鋪設，所述煤礦進風巷7內 設置有第一礦用光纖測溫主機3-3,所述煤礦回風巷8內設置有第二礦用光纖測溫主機4-3， 所述第一礦用感溫光纖3-4沿煤礦進風巷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的上端頭鋪設出煤礦采空區6并接入第一礦用光纖測溫主機3-3,所述第一 礦用光纖測溫主機3-3通過第一礦用通訊光纖3-2與第一光端機3-1連接，所述第二礦用感 溫光纖4-4沿煤礦回風巷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 下端頭鋪設出煤礦采空區6并接入第二礦用光纖測溫主機4-3,所述第二礦用光纖測溫主機 4-3通過第二礦用通訊光纖4-2與第二光端機4-1連接。
[0033] 本實施例中，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。分布式鎧裝光纜內部有不銹鋼保護管和抗拉鋼絲網保