[发明专利]立井罐道探伤和变形分布式光纤监测系统及监测方法

说明书

本发明公开了一种立井罐道探伤和变形分布式光纤监测系统及监测方法，在罐道方型钢制造时预留传感光纤布设小孔，并将传感光纤封装至方型钢，通过罐道长度范围内应变和温度的分布式监测，建立方型钢探伤值与应变、温度之间关系，确定罐道的磨损量和挠度值，实现罐道探伤深度和变形的实时监测，并发出预警信息。本发明不需要井筒停工监测，具有实时监测、成本低、精度高的优点，有效保障煤矿安全生产和井筒使用效率。

技术领域

本发明涉及立井罐道探伤监测系统及方法，具体是立井罐道探伤和变形分布式光纤监测系统及监测方法。

背景技术

罐道作为矿井提升系统的组成部分，其健康运行对煤炭安全开采和罐笼工作效率起重要作用。立井中罐笼沿着罐道运行过程中罐笼罐耳与罐道之间相互摩擦，易造成罐道探伤而磨损变薄，影响矿井生产和造成人员伤亡。

有关于立井罐道探伤监测方面，主要采用射线监测、几何测距法、专业仪器法、振动加速度法。射线监测是采用X射线探伤机对罐道方型钢裂纹进行监测，此方法监测精度高、钢穿透厚度大，但井筒环境使用时仪器放置平稳性要求高、减震性差。几何测距法利用钢丝绳吊重锤而保持竖直向下的基本原理，建立罐道与钢丝绳的位置几何关系，判断罐道的变形情况，该方法对罐道监测时，需要人工测量、监测精度低。专业仪器法利用专业的断面测量仪对罐道变形垂直位移进行监测，实现自主采集数据，但监测设备主要采用电感式、振弦式传感器，传感器在井下易受温度和电磁辐射干扰，存在精度低和漏检问题。

针对立井罐道的探伤监测问题，通过研制罐道中光纤布设系统，设计罐道探伤分布式光纤监测方法，实时量测罐道长度范围内方型钢深度和横向范围内应变、温度分布，掌握罐道探伤，确保罐道的安全稳定。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种立井罐道探伤和变形分布式光纤监测系统及监测方法，解决罐道中传感光纤布设方法，得到罐道沿线的应变和温度分布，获取罐道使用过程中探伤和变形参量。

通过对罐道的应变和温度状况的监测，实现罐道探伤深度和变形挠度参量测定，便于及时发现罐道存在的安全隐患，确保立井提升系统的安全运行，保障人员安全和矿井生产。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，根据罐道探伤和变形特点，将一体式应变和温度传感光纤，封装在罐道方型钢内部预留的小孔，把罐道方型钢管中传感光纤首尾串联后与预留在井口的多芯传感光缆连接并实现数据传输，经分布式光纤解调仪将光电信号转化为数字信号，最终与数据分析系统相连，得到罐道沿线范围内应变和温度分布，获取罐道探伤深度和变形挠度，及时掌握罐道的健康状况。

一种立井罐道探伤和变形分布式光纤监测系统，该系统基于立井罐道布置，所述立井罐道为方型钢管结构，由至少两个上下相邻的方型钢管连接而成，立井罐道的四周设置纵深方向的用于安装传感光纤的小孔；

所述小孔沿立井罐道的四周设置为多组，每组小孔沿立井罐道罐壁厚度由内向外设置多个；

所述小孔内紧密粘贴传感光纤；

所述立井罐道两端预留一定长度的传感光纤，在每个立井罐道的接驳处，将上下罐道相同端口预留的传感光纤熔接；

在立井井口和底部，将传感光纤按光纤类型首尾相连方式熔接后，将立井井口附近预留的传感光纤与多芯传感光缆熔结后与分布式光纤解调仪连接，并连接到数据分析系统，测试罐道的应变和温度。

进一步的，所述数据分析系统由数据监测系统、数据分析系统组成，所述数据分析系统，基于实测的罐道应变和温度，确定罐道探伤值、磨损值和罐道变形挠度值。

进一步的，所述的传感光纤为一体式应变和温度传感光纤，应变传感光纤为纤芯与护套紧密并协调变形的结构，温度传感光纤的结构为松套包裹于纤芯，不受外界应力影响。

进一步的，每组小孔均包括至少一组应变光纤安装孔，和一组温度光纤安装孔，分别用于安装应变传感光纤和温度传感光纤。