由于煤矿矿区特殊的地质条件,随着掘进面的推进,随之而来的是地应力的增大,竖井深部岩体结构和构造更加复杂,岩石力学性状、强度指标、变形特征、破坏特性均不同于浅部,煤矿竖井井筒深、表层厚度大,深部高应力下的地质灾害时有可能发生。
随着国家对煤矿安全生产工作的日益重视,以及煤矿企业现代化管理的需求,为保证井筒使用安全,对竖井井筒健康状况进行实时、连续在线监测,并建立井筒使用过程中安全状况评价体系,展开预测、预报,为井筒维护和治理提供科学依据,对于提高煤矿生产的安全性和生产效率都有十分重要的意义,而先进的监测手段是达到这一目标的必要保障。
光纤Bragg光栅技术作为一项新技术目前尚未在煤矿系统中普遍应用。与传统技术相比,光纤光栅技术在煤矿工业应用中有许多突出优点:
一是光纤传输,现场无需供电;
二是完全电绝缘,不受电磁干扰及核辐射的影响;测量精度和分辨率高,例如测温精度为0.5℃,测温分率辨为0.1℃,位移达到1毫米,应力达到一个微应变;速度快,1秒钟内可完成多至万个监测点的数据采集与传输;
三是可长期应用于高温、高湿及存在化学侵蚀等的恶劣环境;绝对量测量,无零漂,光源衰减和线路损耗不影响测量精度;
四是可远程传输,距离可达数公里至数十公里,易于组网;
五是长寿命,易安装,维护简便等,只要有光纤通过,任何位置都可以测量。
监测目标概况
主要实现井筒变形、收敛、内力、接缝、渗压等参数监测。针对该项目情况,拟利用FBG光纤传感器对煤矿竖井健康情况进行监测,主要应用传感器包括:
1、利用FBG光纤应变传感器,实现竖井表面变形及应力监测;
2、利用FBG光纤锚杆计,实现竖井岩层内力监测;
3、利用FBG位移计,实现工作缝监测;
4、利用FBG位移计,实现井筒收敛监测;
5、利用FBG光纤压力传感器,实现竖井渗压监测;
竖井健康监测系统构成及安装示意图
系统特点
1. 无源传感器,无需考虑供电问题;
2. 本质安全,无安全隐患;
3. 光缆传输,信号传输距离远,不受电磁干扰,信号稳定可靠;
4. 多参量同光缆传输,同时采集,所用设备少系统简单;
5. 实时连续监测,快速响应。