一种基于光纤光栅的矿山地震监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种矿山地震监测方法，具体是一种基于光纤光栅的矿山地震监测方 法。属于鞋技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，煤矿生产过程中，随着开采深度和强度的增加，矿震活动日益频繁，能量 的释放使矿压显现越来越严重，甚至出现冲击地压，造成严重灾害；然而，基于"动静载叠 加"诱发冲击地压的机理，在我国西部埋深较浅的煤层开采过程中也出现了冲击地压灾害， 造成了重大损失。煤岩体中的压力超过强度极限，聚积在巷道或采场周围煤岩体中的能量 突然释放，在井巷发生爆炸性事故，动力将煤岩抛向巷道，同时发出剧烈声响，是一种开采 诱发的矿山地震，更是一种灾害，不仅造成井巷破坏、人员伤亡、地面建筑物破坏，还会引发 瓦斯、煤尘爆炸以及水灾，干扰通风系统，严重威胁着煤矿的生产安全。由于冲击地压灾害 发生的时间与地域具有多样性和突发性，因此，对其进行预测预警也就成为世界性难题。冲 击地压的发生机理，发生过程较为复杂，目前，这些技术还存在很多不足，比如应力在线监 测实时监测系统灵敏度较低，费用高；弹性波CT反演技术不能做到实时预警；微震法和声 发射技术及电磁辐射技术误差较大、准确率低。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于光纤光栅的矿山地震监测方 法，通过光纤光栅谐振波长的变化情况，监测矿山地震发生的可能性，不仅准确率高，而且 具有实时性。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该种基于光纤光栅的矿山地震监 测方法，该方法的具体步骤为：
[0005] (1)将井下待监测区域煤体中随机取至少30个煤样试块，将光纤光栅传感器紧贴 煤样试块，然后对煤样试块进行单轴抗压和动载实验，同时光纤光栅传感器对煤样试块从 施加预应力到煤样试块发生屈服整个过程中的光纤光栅谐振波长变化进行监测，进而得出 光纤光栅谐振波长的变化情况，通过公式得出光纤光栅谐振波长的变化与光纤光栅长度变 化之间的关系，确定煤样试块发生屈服前的光纤光栅谐振波长的变化规律；
[0006] (2)在待检测区域煤体周围选取多个监测点使监测点包围待检测区域，将多个光 纤光栅传感器一一对应的放置在各个选取的监测点处，多个光纤光栅传感器通过多芯通信 电缆将实时光纤光栅谐振波长信号传入井下监测分站；
[0007] (3)井下监测分站将实时光纤光栅谐振波长信号经过井下监测主机与交换机光电 转换后成为光信号，经光纤交换机由主光缆传导至地面接收器；
[0008] (4)地面接收器通过数据处理计算机对传入的实时光纤光栅谐振波长信号进行滤 波处理；
[0009] (5)数据处理计算机将处理后的信号得出各个监测点的光纤光栅谐振波长变化的 情况；
[0010] (6)将实时监测的光纤光栅谐振波长变化与试验得出的光纤光栅谐振波长变化规 律进行实时比对，直至比对一致，则煤体有发生矿山地震的危险性。
[0011] 进一步，所述的煤样试块形状为50_X50_X IOOmm的长方体。
[0012] 与现有技术相比，本发明采用光纤光栅传感器进行监测，其具有易变形、体积小、 波长选择性好、不受非线性效应影响、抗干扰能力强、极化不敏感、易于与光纤系统连接、便 于使用和维护、带宽范围大、附加损耗小、器件微型化、耦合性好、可与其他光纤器件融成一 体等特性，而且光纤光栅制作工艺比较成熟，易于形成规模生产，成本低。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面将对本发明作进一步说明。
[0015] 如图1所示，本发明的具体步骤为：
[0016] (1)将井下待监测区域煤体中随机取至少30个煤样试块，将光纤光栅传感器紧贴 煤样试块，然后对煤样试块进行单轴抗压和动载实验，同时光纤光栅传感器对煤样试块从 施加预应力到煤样试块发生屈服整个过程中的光纤光栅谐振波长变化进行监测，进而得出 光纤光栅谐振波长的变化情况，通过公式得出光纤光栅谐振波长的变化与光纤光栅长度变 化之间的关系，确定煤样试块发生屈服前的光纤光栅谐振波长的变化规律；
[0017] 具体公式为：
[0018]
[0019] 式中：λ为光纤光栅谐振波长；η为光纤光栅折射率；1为光在光纤光栅中的传播 距离，与光纤光栅长度有关，由于当振动速度越快越容易引起矿山地震的发生；振动速度与 光在光纤光栅中的传播距离1呈正比例关系；直接反映监测点的振动速度；本发明中固定 出射光强度，即可控制Φ和η为常量，从而得出光纤光栅谐振波长的变化与光纤光栅长度 的变化之间为正比例关系；
[0020] (2)在待检测区域煤体周围选取多个监测点使监测点包围待检测区域，将多个光 纤光栅传感器一一对应的放置在各个选取的监测点处，多个光纤光栅传感器通过多芯通信 电缆将实时光纤光栅谐振波长信号传入井下监测分站；
[0021] (3)井下监测分站将实时光纤光栅谐振波长信号经过井下监测主机与交换机光电 转换后成为光信号，经光纤交换机由主光缆传导至地面接收器；
[0022] (4)地面接收器通过数据处理计算机对传入的实时光纤光栅谐振波长信号进行滤 波处理；
[0023] (5)数据处理计算机将处理后的信号得出各个监测点的光纤光栅谐振波长变化的 情况；
[0024] (6)将实时监测的光纤光栅谐振波长变化与试验得出的光纤光栅谐振波长变化规 律进行实时比对，直至比对一致，则煤体有发生矿山地震的危险性。
[0025] 进一步，所述的煤样试块形状为50mmX 50mmX IOOmm的长方体。
[0026] 上述的监测点具体布设原则为：
[0027] I、待监测区域周边应尽量在空间上被监测点均匀包围，各个监测点的位置避免 近似形成一条直线或一个平面，并具有足够和适当的空间密度；
[0028] II、监测点应远离大型电器和机械设备的干扰，例如皮带机头，转载机等，尽量利 用现有巷道内的躲避硐室，远离行人和矿车影响；为减少波的衰减，探头尽量安装在底板为 岩石的巷道内；
[0029] III、监测点的位置既要照顾当前开采区域，又要考虑未来一定时期内的开采活动。
【主权项】
1. 一种基于光纤光栅的矿山地震监测方法，其特征在于，该方法的具体步骤为： (1) 将井下待监测区域煤体中随机取至少30个煤样试块，将光纤光栅传感器紧贴煤样 试块，然后对煤样试块进行单轴抗压和动载实验，同时采用固定的出射光强度对煤体试块 进行照射，光纤光栅传感器对煤样试块从施加预应力到煤样试块发生屈服整个过程中的光 纤光栅谐振波长变化进行监测，进而得出光纤光栅谐振波长的变化情况，通过公式得出光 纤光栅谐振波长的变化与光纤光栅长度变化之间的关系，确定煤样试块发生屈服前的光纤 光栅谐振波长的变化规律； (2) 在待检测区域煤体周围选取多个监测点使监测点包围待检测区域，将多个光纤光 栅传感器一一对应的放置在各个选取的监测点处，多个光纤光栅传感器通过多芯通信电缆 将实时光纤光栅谐振波长信号传入井下监测分站； (3) 井下监测分站将实时光纤光栅谐振波长信号经过井下监测主机与交换机光电转换 后成为光信号，经光纤交换机由主光缆传导至地面接收器； (4) 地面接收器通过数据处理计算机对传入的实时光纤光栅谐振波长信号进行滤波处 理； (5) 数据处理计算机将处理后的信号得出各个监测点的光纤光栅谐振波长变化的情 况； (6) 将实时监测的光纤光栅谐振波长变化与试验得出的光纤光栅谐振波长变化规律进 行实时比对，直至比对一致，则煤体有发生矿山地震的危险性。2. 根据权利要求1所述的基于光纤光栅的矿山地震监测方法，其特征在于，所述的煤 样试块形状为50mmX 50mmX IOOmm的长方体D
【专利摘要】本发明公开了一种基于光纤光栅的矿山地震监测方法，将井下待监测区域煤体中随机取至少30个煤样试块，得出光纤光栅谐振波长的变化情况；在待检测区域煤体周围选取多个监测点使监测点包围待检测区域，多个光纤光栅传感器通过多芯通信电缆将实时光纤光栅谐振波长信号传入井下监测分站；井下监测分站将传导至地面接收器；通过数据处理计算机将处理后的信号得出各个监测点的光纤光栅谐振波长变化的情况；将实时监测的光纤光栅谐振波长变化与试验得出的光纤光栅谐振波长变化规律进行实时比对，直至比对一致，则煤体有发生矿山地震的危险性。不仅准确率高，而且具有实时性。
【IPC分类】G01V1/00, G01H9/00
【公开号】CN105093271
【申请号】CN201510456699
【发明人】陆菜平, 刘广建, 刘洋, 王洪宇, 刘鹏飞
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年7月29日