[发明专利]基于光纤传感和激光光谱分析的煤矿防自然发火监测系统

说明书

本发明公开了基于光纤传感和激光光谱分析的煤矿防自然发火监测系统，包括光纤温度传感检测系统和多气体光谱吸收监测系统，所述光纤温度传感检测系统包括光纤测温装置、矿用感温光缆、井下光纤测温分站主机和井上系统监控主机，所述多气体激光光谱吸收监测系统包括多气体吸收装置、抽气束管、井下光学多气体传感分站主机和井上多气体实时监控主机。本发明通过采空区防自然发火光学监测预警分析系统充分利用光纤传感技术的优势，结合工业环网对煤矿采空区进行温度、气体在线监测，为研究采空区自然发火的诱发及形成提供关键数据，预防、减少安全事故，为煤矿安全生产提供安全保障。

技术领域

本发明涉及煤矿防自然发火在线监测技术领域，特别涉及基于光纤传感和激光光谱分析的煤矿防自然发火监测系统。

背景技术

矿井火灾是煤矿主要灾害之一，56％的煤矿存在自然发火灾害，其中,采空区自然发火占很高比例。据统计，我国国有重点煤矿中具有自然发火危险的矿井约占51.3％，占总矿井火灾的90％以上。矿井火灾一旦发生，轻则影响安全生产，重则烧毁煤炭资源和物资设备，造成人员伤亡，甚至引发瓦斯、煤尘爆炸。

目前对采空区内自然发火倾向的预测主要是通过传统长距离束管系统抽取样气到地面，对标志气体进行分析预警；由于传统长距离束管系统的抽气管路长，存在漏气的情况，束管内漏容易造成取样气体被稀释，分析出来的气体浓度偏低，束管外漏会造成一氧化碳、甲烷等有毒有害气体扩散到巷道内造成危险。且该手段欠缺实时性和直观性，长距离束管传输气样存在的漏气等现象使在色谱分析仪对气样的浓度测量存在较大偏差,而导致测量不准确。

因此，发明基于光纤传感和激光光谱分析的煤矿防自然发火监测系统来解决上述问题很有必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了基于光纤传感和激光光谱分析的煤矿防自然发火监测系统，通过光纤温度传感检测系统和气体激光光谱吸收监测系统相结合，预防、减少安全事故，为煤矿安全生产提供安全保障，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于光纤传感和激光光谱分析的煤矿防自然发火监测系统，包括光纤温度传感检测系统和多气体激光光谱吸收监测系统，所述光纤温度传感检测系统包括光纤测温装置、矿用感温光缆、井下光纤测温分站主机和井上系统监控主机，所述光纤测温装置包括脉冲激光器、双通道光电探测器、波分复用器、同步信号器、A/D转换器、滤波器高速数据采集卡，所述矿用感温光缆从工作面推进的位置开始，敷设一路矿用感温光缆，并随工作面的推进埋入采空区，矿用感温光缆末端巷道敷设，到达井下光纤测温分站主机，所述煤矿内部开设若干个采区变电所，所述井下光纤测温分站主机位于采区变电所内部设置，且井下光纤测温分站主机采用以太网交换机与井上系统监控主机建立网络连接；

所述多气体激光光谱吸收监测系统包括多气体吸收装置、抽气束管、井下光学多气体传感分站主机和井上多气体实时监控主机，所述多气体吸收装置包括控制调节器、激光器、多种气体吸收池、探测器和抽气泵，所述抽气束管铺设至煤矿采空区、回采工作面回风巷、高/低位抽巷、高顶区冒落点等易于积聚气体的部位，所述井下光学多气体传感分站主机位于采区变电所内部设置，且井下光学多气体传感分站主机采用以太网交换机与井上多气体实时监控主机建立网络连接。

优选的，所述激光器、控制调节器与井下光学多气体传感分站主机之间均采用电信号传输方式进行输送数据。

优选的，所述井下光纤测温分站主机与井上系统监控主机之前和井下光学多气体传感分站主机与井上多气体实时监控主机之间均采用TCP或IP通讯协议建立通信连接。

优选的，所述光纤温度传感检测系统采用拉曼散射原理和光时域反射技术实现温度和距离的测定，其中拉曼散射原理是依据光在光纤中传播过程中，产生后向拉曼散射光谱的温度效应。

优选的，所述多气体光谱吸收监测系统中的探测器采用吸收型光纤气体探测器设置。