[发明专利]基于光纤光栅传感器的煤矿巷道顶板应力在线监测系统及方法

摘要

一种基于光纤光栅传感器的煤矿巷道顶板应力在线监测系统及方法，适用于巷道矿压监测领域使用。基于光纤光栅传感器的煤矿巷道顶板应力在线监测系统，包括布置在采煤工作面两侧巷道顶板上的监测测站，每个监测测站包括三个顶板应力监测装置，每个监测测站内的顶板应力监测装置之间通过通讯光纤串联在一起，每个巷道尾端的监测测站的引出端光纤尾纤通过通讯光纤与光纤终端盒相连接，光纤终端盒通过矿用传输光缆与设置在地表的光纤光栅静态解调仪相连接，光纤光栅静态解调仪顺序连接有监控计算机和网络服务器，网络服务器通过煤矿局域网与多个客户端相连接；其测量精度高、使用寿命长，可实现煤矿巷道顶板应力实时在线监测。

主权项

1.一种基于光纤光栅传感器的煤矿巷道顶板应力在线监测系统的检测方法，使用的监测系统包括布置在采煤工作面（9）两侧巷道顶板上的监测测站（11），监测测站（11）之间相互串联直至采空区（12），每个监测测站（11）包括三个顶板应力监测装置（10），每个监测测站（11）内的顶板应力监测装置（10）之间通过通讯光纤（8）串联在一起，每个巷道尾端的监测测站（11）的引出端光纤尾纤通过通讯光纤与光纤终端盒（7）相连接，光纤终端盒（7）通过矿用传输光缆（6）与设置在地表的光纤光栅静态解调仪（1）相连接，光纤光栅静态解调仪（1）顺序连接有监控计算机（2）和网络服务器（3），网络服务器（3）通过煤矿局域网（4）与多个客户端（5）相连接；/n所述顶板应力监测装置（10）包括空心锚杆（15），空心锚杆（15）两端分别设有紧扣的空心螺栓（13），空心锚杆（15）中设有细钢丝绳（14），细钢丝绳（14）通过空心锚杆（15）两端的空心螺栓（13）拉伸后固定在空心锚杆（15）上，空心螺栓（13）的螺栓部分上设有两道对称的凹槽，空心螺栓（13）的头部上与凹槽对应处设有两个光纤导出孔（17），空心螺栓（13）的凹槽内设有光纤光栅传感器（16），光纤光栅传感器（16）尾端通过光纤导出孔（17）引出光纤，对称粘贴布置两个光纤光栅传感器（16）便于校正压力值；每个光纤光栅传感器（16）通过通讯光纤（8）与光纤终端盒（7）相连接，光纤终端盒（7）通过矿用传输光缆（6）与井上的光纤光栅静态解调仪（1）相连接；/n具体步骤如下：/na、安装顶板应力监测装置，将光纤光栅传感器（16）紧贴在空心螺栓（13）的凹槽上，并通过光纤导出孔（17）引出光纤，然后将两个空心螺栓（13）紧扣在空心锚杆（15）两端，将细钢丝绳（14）拉直贯穿整个空心锚杆（15），完成该顶板应力监测装置；/nb、在巷道内布置监测测站，在监测测站内的顶板间隔布置3个顶板应力监测装置（10），顶板应力监测装置（10）的间隔距离为50米，通过光纤尾纤将顶板应力监测装置（10）中的光纤光栅传感器（16）串联在一起，沿着巷道向前推进，监测测站（11）间隔距离为20米时布设下一个监测测站，直至完成设定的监测测站数目；/nc、利用通讯光纤将光纤尾纤与光纤终端盒（7）相连接，并通过矿用传输光缆（6）连接到地面上的光纤光栅静态解调仪（1）上，光纤光栅静态解调仪（1）与监控计算机（2）相连接；/nd、当某处巷道顶板下沉，顶板应力发生变化后，顶板应力监测装置（10）的空心锚杆（15）杆体发生拉伸变形，因为顶板应力监测装置（10）中的细钢丝绳（14）通过两端的空心螺栓（13）已经在两端固定住，所以空心锚杆（15）杆体的拉伸变形也使得其中的细钢丝绳（14）拉得更紧，从而使粘贴有光纤光栅传感器（16）的那一端的空心螺栓（13）造成压缩变形，然后粘贴在空心螺栓（13）上的光纤光栅传感器（16）会产生收缩变形的光波信号；/ne、如果细钢丝绳（14）发生形变则不需要更换细钢丝绳（14），如果发生断裂则需要更换细钢丝绳（14）或者更换一个新的顶板应力监测装置（10），对巷道顶板竖直方向的任意位置发生离层或下沉变形的应力进行检测，通过检测到的数据与预存的危险临界数据比较，达到监测预警的效果；/nf、将光纤光栅传感器（16）采集的光波信号通过光纤及光缆传输至光纤光栅静态解调仪（1），通过光纤光栅静态解调仪（1）将光波信号解调为数字信号，然后传输至监控计算机（2），通过安装在监控计算机的在线监测软件进行数据处理，通过检测到的数据与预存的危险临界数据比较，实时显示巷道顶板应力数据及变化趋势；/ng、通过煤矿局域网和网络服务器，将监测的巷道顶板应力数据进行共享，实现对巷道顶板应力的在线实时远程监测。/n