专利名称：煤矿井下采空区全光纤温度监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种煤矿井下采空区全光纤温度监测系统。将此系统应用于煤矿井下采空区内，实现对采空区内火灾预警，消除火灾隐患。
背景技术：
火灾监测对保障煤矿安全生产意义重大。煤层自燃火灾是矿井主要灾害之一，严重威胁着煤矿人员安全以及造成重大经济损失。煤层自燃火灾成为制约高产高效矿井安全生产与发展的主要因素之一。煤矿采空区是指在煤矿作业过程中，将地下煤炭或煤矸石等开采完成后留下的空洞或空腔。在采煤机开采的过程中，由于采空区内散落的浮煤比较破碎、松散、且采空区漏风，煤炭氧化后使得热量易于集聚，所以最容易发生自燃。近年来，随着煤矿开采深度的增加，矿井机械化程度的大幅度提高，开采速度日益加快的同时，采空区面积不断增大，也给采空区遗留下大量浮煤，使得采空区自然发火事故频发，严重影响了煤矿的安全生产。根据煤矿井下自燃发火的早期特征，其探测和判别方法有多种。常采用的方法有测温法、气体分析法等，也可以通过红外图像识别的方法来进行自燃起火的早期识别。 目前，在矿井中，对于预防采空区火灾发生普遍采用的技术是定期定点抽取工作面的气体， 分析一氧化碳浓度，若一氧化碳浓度超过指定阈值则采取相应措施。但这种方式存在的缺点是不能长时间连续监测；不能监测密闭空间内里的温度；有效监测范围小，难以保证工作面全面监测的需要。因此目前采空区的火灾仍然时有发生。实际上，温度是反映火灾是否发生最直接的参数。但传统的电类温度传感器需要电源供电、安装位置受到限制、采空区内环境恶劣，电类传感器不易布设；且传输的信号是电信号，需要的电缆接线较多，存在许多安全隐患，信号传输距离难以满足大范围长距离监测需要。若采用无线传感器实现，则存在布设困难，抗干扰能力、可靠性、能耗问题等难以保证等弊端。
发明内容
本发明目的在于克服传统煤矿采空区测温方法的不足，提供一种安装位置不受限制、无安全隐患存在、信号传输距离能满足大范围长距离监测需要的煤矿井下采空区全光纤温度监测系统。本发明的目的是这样实现的一种煤矿井下采空区全光纤温度监测系统，所述系统包括分布式光纤温度测量主机、工控机、消防电源、报警装置、感温光缆和放线装置；分布式光纤温度测量主机、工控机、消防电源和报警装置组成的测试系统，该测试系统放置于井下泵房或机房内，感温光缆的一端与测试系统的分布式光纤温度测量主机的光缆适配器相连，另一端缠绕在放线装置上，放线装置固定于采煤机液压支架上，分布式光纤温度测量主机和报警装置的数据串口分别与工控机的数据串口相连，外接电源接在消防电源输入接口上，消防电源有多个输出接口，给分布式光纤温度测量主机、工控机、报警装置提供电源。
本发明煤矿井下采空区全光纤温度监测系统，所述感温光缆呈扁带结构，包括加强件、护套、束管和光纤，所述光纤置于束管中心，护套设置于束管外，加强件设置于护套内。其中分布式光纤温度测量主机是通过光纤作为传感器来测量温度的光学仪器。主机采用光时域反射技术，结合光纤中的拉曼散射效应实现对测温光纤所处温度场的分布式测量。分布式光纤测量主机包括激光光源、波分复用器、光电探测器、分析处理单元。本发明的有益效果是
本发明采用煤矿专用测温光缆，配置分布式光纤温度测量主机，实现采煤采空区长距离、大范围的分布式温度实时、在线监测，并对火灾进行提前预警，大大减少采空区煤自燃发火的事故发生。本发明测温和定位精度高、安装使用方便、受使用环境影响小、运行稳定、安全可靠；可对采空区进行大面积、大范围的温度监控。系统通过实时监测温度数据的变化对矿井火灾进行预警。
图1为本发明煤矿井下采空区全光纤温度监测系统示意图。图2位本发明的分布式光纤温度测量主机原理示意图。图3为本发明的感温光缆示意图。图中附图标记
分布式光纤温度测量主机1、工控机2、消防电源3、报警装置4、感温光缆5、放线装置 6、采煤机液压支架7、采空区8、地面监控室9、井下泵房或机房10 ； 加强件11、护套12、束管13、光纤14。
具体实施例方式参见图1，图1为本发明煤矿井下采空区全光纤温度监测系统示意图。由图1可以看出，本发明煤矿井下采空区全光纤温度监测系统，所述系统包括分布式光纤温度测量主机1、工控机2、消防电源3、报警装置4、感温光缆5和放线装置6。分布式光纤温度测量主机1、工控机2、消防电源3和报警装置4组成的测试系统，该测试系统放置于井下泵房或机房10内，感温光缆5的一端与测试系统的分布式光纤温度测量主机1的光缆适配器相连， 另一端缠绕在放线装置6上，放线装置6固定于采煤机液压支架7上，分布式光纤温度测量主机1和报警装置4的数据串口分别与工控机2的数据串口相连，外接电源接在消防电源 3输入接口上，消防电源3有多个输出接口，给分布式光纤温度测量主机1、工控机2、报警装置4提供电源。所述分布式光纤温度测量主机1原理示意图如图2所示，主机包括激光光源、波分复用器、光电探测器和分析处理单元，主机能够分析出沿线整条光缆各点温度。参见图3，图3为本发明的感温光缆示意图。由图3可以看出，所述感温光缆5呈扁带结构，包括加强件11、护套12、束管13和光纤14，所述光纤14置于束管13中心，护套 12设置于束管13外，加强件11设置于护套12内。分布式光纤温度传感器是一种用于实时测量空间温度场的光纤传感系统。该系统采用先进的光时域反射(Optical Time Domain Reflectometer，简称0TDR)技术，结合光纤中的拉曼散射效应实现对测温光纤所处温度场的分布式测量。与传统的电温度传感器相比，分布式光纤温度传感器具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全；灵敏度高；重量轻、体积小、可绕曲；测量对象广泛；成本低、寿命长、可靠性高，能够快速多点测量并定位， 可以广泛应用于电力电缆、地铁隧道、煤矿巷道、石油储罐、大型建筑结构的温度监控和火灾报警。煤矿井下生产环境复杂，分布式光纤测温系统中，光纤既是传感介质又是传输介质，由于光纤价格低，又可长距离铺设，因此，在煤矿中需要监测温度的位置铺上合适封装的光缆，可实现煤矿中采煤工作面采空区温度的长距离监测和对可能发生的火灾预警。感温光缆5既作为感温传感器，又作为信号传输媒介。将感温光缆5由分布式光纤温度测量主机1沿着巷道铺设至采空区8内，在采煤机液压支架7前移的同时放线装置 6能自动将缠绕在上面的感温光缆放出来实现采空区8的光缆自动铺设。分布式光纤温度测量主机1能处理多路感温光缆5上的信号。工控机2具有各种通迅接口，能将系统的信息传递至地面监控室9。感温光缆5将感知到的采空区环境温度，并将信号传递到分布式光纤温度测量主机1，主机自动分析出光缆上各点的温度分布情况，当某区域的温度超过预警值时，系统报警。分析出温度异常点的位置和温度。当外接电源断电时，自动切换至消防电源3工作，由消防电源给测试系统供电。保证在断电的情况下，系统能持续、正常地工作。通过工控机2 的通信接口，由通信线缆连接到地面监控室9，实现温度实时的在线监测。当被测环境温度达到设定预警值时，报警装置4能自动报警，可实现煤矿井下采空区的火灾预警。系统能显示、存储温度、位置和时间信息。在断电的情况下，消防电源3能保证系统工作10小时以上。感温光缆的布设通过连接到采煤机上液压支架上的放线装置来实现，保证光缆随着采煤机行进，并且避免在采空区进行人工布线，提高施工安全性。采用全光纤感温系统，施工简单，只需铺设一根感温光缆，即可实现长距离大范围连续的温度测量，且测温和定位精度高、安装使用方便、光缆沿线测量的温度数据连续、精度高、不存在盲点。光信号传感与传输，保证安全，适用于煤矿环境。采用全光纤温度监测系统，解决传统检测方法无法实现对采空区温度测量的难题，达到采空区火灾预警的目的。所述感温光缆呈扁带结构。在侧向受压时能够自翻转，相比普通铠装光缆，能承受更大冲击力，同时能迅速感知光缆周围温度。
权利要求
1.一种煤矿井下采空区全光纤温度监测系统，其特征在于所述系统包括分布式光纤温度测量主机(1)、工控机(2)、消防电源(3)、报警装置(4)、感温光缆(5)和放线装置(6)， 分布式光纤温度测量主机(1)、工控机(2)、消防电源(3)和报警装置(4)组成的测试系统， 该测试系统放置于井下泵房或机房(10)内，感温光缆(5)的一端与测试系统的分布式光纤温度测量主机(1)的光缆适配器相连，另一端缠绕在放线装置(6 )上，放线装置(6 )固定于采煤机液压支架(7 )上，分布式光纤温度测量主机(1)和报警装置(4 )的数据串口分别与工控机(2 )的数据串口相连，外接电源接在消防电源(3 )输入接口上，消防电源(3 )有多个输出接口，给分布式光纤温度测量主机(1)、工控机(2 )和报警装置(4 )提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下采空区全光纤温度监测系统，其特征在于所述感温光缆(5)呈扁带结构，包括加强件(11)、护套(12)、束管(13)和光纤(14)，所述光纤 (14)置于束管(13)中心，护套(12)设置于束管(13)外，加强件(11)设置于护套(12)内。
全文摘要
本发明涉及一种煤矿井下采空区全光纤温度监测系统，包括分布式光纤温度测量主机(1)、工控机(2)、消防电源(3)、报警装置(4)、感温光缆(5)和放线装置(6)，分布式光纤温度测量主机1、工控机2、消防电源3和报警装置4组成的测试系统，该测试系统放置于井下泵房或机房(10)内，感温光缆(5)的一端与测试系统的分布式光纤温度测量主机(1)的光缆适配器相连，另一端缠绕在放线装置(6)上，放线装置(6)固定于采煤机液压支架(7)上，分布式光纤温度测量主机(1)和报警装置(4)的数据串口分别与工控机(2)的数据串口相连，外接电源接在消防电源(3)的输入接口上。采用本发明安装位置不受限制、无安全隐患存在、信号传输距离能满足大范围长距离监测需要。
文档编号E21F17/18GK102418557SQ20111044046
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者刘礼华, 张恩隆, 杨锐, 赵霞 申请人:江苏法尔胜泓昇集团有限公司