一种煤矿采空区分布式光纤温度监测预警系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于煤矿安全技术领域，具体涉及一种煤矿采空区分布式光纤温度监测预 警系统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的发展进步和科技的日新月异，煤矿机械化程度大幅度提高，开采深度 不断增加，开采速度日益加快，且综采工作面浮煤厚度大，造成采空区面积不断扩大，冒落 高度不断增大，导致采空区内煤自然发火事故频发。煤自燃灾害一旦发生，由于火源的隐蔽 性和不确定性将给防灭火工作造成极大的困难，而综采工作面设备先进，产量大，采空区自 燃的发生势必会造成巨大的经济损失，甚至诱发瓦斯、煤尘爆炸或烟雾蔓延等灾害，酿成人 员伤亡事故。可见，防治采空区煤自燃是保证我国煤矿安全高效生产与发展的重要保障。
[0003] 是否能够对釆空区内部进行实时监控，对温度异常点的位置进行准确定位，是决 定能否及时采取预防措施，防止火灾发生的关键。因此，煤炭自燃早期对采空区进行实时监 测是防灭火工作的重要环节。目前，我国煤自燃监测的技术主要有：指标气体分析法、示踪 气体法、电式传感器测温法及热红外测温法等。它们的不足之处显而易见，共性是不能实现 连续监测，只能监测到特定点的温度，很有可能漏掉故障隐患。指标气体分析法需要全天候 采集、分析采空区气体，劳动强度大，耗费人力物力。能够满足失踪气体法的失踪物质非常 少，目前这种方法多以实验室研究为主，真正煤矿应用较少。电式传感器测温法主要采用的 传感器包括热敏电阻传感器和热电偶传感器，它们都是应用热电效应进行温度测量，传输 的信号是电信号，且传输距离短，因此对环境比较敏感，抗干扰能力较弱，可靠性较低，周围 环境的好坏直接影响测温结果；同时，传感器需要电源供电，采空区内环境复杂，存在安全 隐患较多。热红外测温法只能探测出物体表面与仪器垂直物体的温度，采空区复杂环境对 测量结果影响很大，并且红外温度传感器的火灾预警系统造价昂贵，不易推广。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种温度采集 范围广、可靠性高、信号传输距离远、监测精度高、能够实现整个采空区的温度连续监测、实 用性强的煤矿采空区分布式光纤温度监测预警系统。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤矿采空区分布式光纤温 度监测预警系统，其特征在于:包括井下工业环网和设置在地面上的地面监控计算机，均接 入井下工业环网且用于将光信号转换为电信号的第一光端机和第二光端机，以及铺设在煤 矿采空区的第一矿用感温光纤和第二矿用感温光纤;所述地面监控计算机接入井下工业环 网，所述第一矿用感温光纤和第二矿用感温光纤均呈方波形铺设在煤矿采空区，且第一矿 用感温光纤和第二矿用感温光纤以煤矿采空区的中心线为对称轴呈对称铺设，所述煤矿进 风巷内设置有第一矿用光纤测温主机，所述煤矿回风巷内设置有第二矿用光纤测温主机， 所述第一矿用感温光纤沿煤矿进风巷的底板和煤壁交界线或与该交界线平行的方向从采 煤工作面的上端头铺设出煤矿采空区并接入第一矿用光纤测温主机，所述第一矿用光纤测 温主机通过第一矿用通讯光纤与第一光端机连接，所述第二矿用感温光纤沿煤矿回风巷的 底板和煤壁交界线或与该交界线平行的方向从采煤工作面的下端头铺设出煤矿采空区并 接入第二矿用光纤测温主机，所述第二矿用光纤测温主机通过第二矿用通讯光纤与第二光 端机连接。
[0006] 上述的一种煤矿采空区分布式光纤温度监测预警系统，其特征在于:所述第一矿 用感温光纤和第二矿用感温光纤均为分布式铠装光缆。
[0007] 上述的一种煤矿采空区分布式光纤温度监测预警系统，其特征在于:所述第一矿 用感温光纤与第二矿用感温光纤在煤矿采空区的中心线附近距离最近的位置处的距离为 10m~15m 〇
[0008] 上述的一种煤矿采空区分布式光纤温度监测预警系统，其特征在于:所述煤矿采 空区中在与采煤工作面平行的方向上相邻铺设的第一矿用感温光纤之间的距离和相邻铺 设的第二矿用感温光纤之间的距离相等且均为15m~20m。
[0009] 上述的一种煤矿采空区分布式光纤温度监测预警系统，其特征在于:所述煤矿采 空区中第一矿用感温光纤和第二矿用感温光纤在沿采煤工作面垂直方向铺设时均悬挂在 用于支撑采煤工作面顶板的液压支架上。
[0010] 本发明还提供了一种方法步骤简单、实现方便、能够对采煤工作面采空区温度进 行实时在线监测的煤矿采空区分布式光纤温度监测预警方法，其特征在于该方法包括以下 步骤：
[0011] 步骤一、矿用感温光纤铺设与连接:首先，将第一矿用感温光纤和第二矿用感温光 纤以煤矿采空区的中心线为对称轴均呈方波形对称铺设在煤矿采空区，且使所述第一矿用 感温光纤与第二矿用感温光纤在煤矿采空区的中心线附近距离最近的位置处的距离为l〇m ~15m，使所述煤矿采空区中在与采煤工作面平行的方向上相邻铺设的第一矿用感温光纤 之间的距离和相邻铺设的第二矿用感温光纤之间的距离相等且均为15m~20m;然后，将所 述第一矿用感温光纤沿煤矿进风巷的底板和煤壁交界线或与该交界线平行的方向从采煤 工作面的上端头铺设出煤矿采空区并接入第一矿用光纤测温主机，并将所述第二矿用感温 光纤沿煤矿回风巷的底板和煤壁交界线或与该交界线平行的方向从采煤工作面的下端头 铺设出煤矿采空区并接入第二矿用光纤测温主机；
[0012] 步骤二、温度监测预警系统连接:将所述第一矿用光纤测温主机通过第一矿用通 讯光纤与第一光端机连接，将所述第二矿用光纤测温主机通过第二矿用通讯光纤与第二光 端机连接，并将第一光端机、第二光端机和地面监控计算机均接入井下工业环网；
[0013] 步骤三、信号采集及传输:第一矿用光纤测温主机采集第一矿用感温光纤监测到 的温度信号，分析处理得到铺设第一矿用感温光纤的各个监测点的温度和距离后通过第一 矿用通讯光纤传输给第一光端机，第一光端机将光信号转换为电信号后通过井下工业环网 传输给地面监控计算机；同时，第二矿用光纤测温主机采集第二矿用感温光纤监测到的温 度信号，分析处理得到铺设第二矿用感温光纤的各个监测点的温度和距离后通过第二矿用 通讯光纤传输给第二光端机，第二光端机将光信号转换为电信号后通过井下工业环网传输 给地面监控计算机；
[0014] 步骤四、信号分析处理:地面监控计算机对其接收到的煤矿采空区各个监测点的 温度和距离进行分区分段实时显示和存储，并将各个监测点的温度与预设的报警温度阈值 相比对，当某个监测点的温度超过报警温度阈值时进行报警指示。
[0015] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0016] 1、本发明在煤矿采空区采用了矿用感温光纤的方形波铺设方法，并以煤矿采空区 的中心线为对称轴进行对称铺设，铺设方法简单易行，实现了整个煤矿采空区温度场的连 接监测，监测范围广。
[0017] 2、本发明的第一矿用感温光纤和第二矿用感温光纤均采用了分布式铠装光缆，分 布式铠装光缆内部有不锈钢保护管和抗拉钢丝网保护光纤不受损害，外护套为高性能的低 烟无卤素阻燃热塑型材料，具有抗砸、抗拉能力好、防燃防爆、抗腐蚀、耐高温高热、便于施 工布放、热渗透快，测温响应迅速等优点；通过矿用感温光纤进行温度信号的采集和传输， 采集范围广、覆盖面大、信号传输距离远、安全稳定可靠，相对大量点式传感器，可实现温度 数据和位置信息的在线实时测量、灾情监测和预警预报，获取信息的单位成本大大降低。
[0018] 3、本发明采用分布式光纤实现采煤工作面采空区温度场的在线监测，通过对监测 到的数据进行后续处理，能够实现采空区煤自燃火灾的分级预警和发火位置的判定，对矿 井防灭火工作具有重要的指导作用，能够有效保障矿井的安全高效生产与发展。
[0019] 4、本发明煤矿采空区分布式光纤温度监测预警方法的方法步骤简单，实现方便， 能够对采煤工作面采空区温度进行实时在线监测。
[0020] 5、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0021]综上所述，本发明的温度采集范围广，可靠性高，信号传输距离远，监测精度高，能 够实现整个采空区的温度连续监测，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0022] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明煤矿采空区分布式光纤温度监测预警系统的结构示意图。
[0024]图2为本发明煤矿采空区分布式光纤温度监测预警方法的方法流程框图。
[0025] 附图标记说明：
[0026] 1-地面监控计算机； 2-井下工业环网； 3-1-第一光端机；
[0027] 3-2-第一矿用通讯光纤； 3-3-第一矿用光纤测温主机；
[0028] 3-4-第一矿用感温光纤； 4-1 一第二光端机；
[0029] 4-2-第二矿用通讯光纤； 4-3-第二矿用光纤测温主机；
[0030] 4-4 一第二矿用感温光纤； 5-采煤工作面；
[0031 ] 6 一煤矿米空区； 7-煤矿进风巷； 8 一煤矿回风巷。
【具体实施方式】
[0032]如图1所示，本发明的煤矿采空区分布式光纤温度监测预警系统，包括井下工业环 网2和设置在地面上的地面监控计算机1，均接入井下工业环网2且用于将光信号转换为电 信号的第一光端机3-1和第二光端机4-1，以及铺设在煤矿米空区6的第一矿用感温光纤3-4 和第二矿用感温光纤4-4;所述地面监控计算机1接入井下工业环网2,所述第一矿用感温光 纤3-4和第二矿用感温光纤4-4均呈方波形铺设在煤矿采空区6,且第一矿用感温光纤3-4和 第二矿用感温光纤4-4以煤矿采空区6的中心线为对称轴呈对称铺设，所述煤矿进风巷7内 设置有第一矿用光纤测温主机3-3,所述煤矿回风巷8内设置有第二矿用光纤测温主机4-3， 所述第一矿用感温光纤3-4沿煤矿进风巷7的底板和煤壁交界线或与该交界线平行的方向 从采煤工作面5的上端头铺设出煤矿采空区6并接入第一矿用光纤测温主机3-3,所述第一 矿用光纤测温主机3-3通过第一矿用通讯光纤3-2与第一光端机3-1连接，所述第二矿用感 温光纤4-4沿煤矿回风巷8的底板和煤壁交界线或与该交界线平行的方向从采煤工作面5的 下端头铺设出煤矿采空区6并接入第二矿用光纤测温主机4-3,所述第二矿用光纤测温主机 4-3通过第二矿用通讯光纤4-2与第二光端机4-1连接。
[0033] 本实施例中，所述第一矿用感温光纤3-4和第二矿用感温光纤4-4均为分布式铠装 光缆。分布式铠装光缆内部有不锈钢保护管和抗拉钢丝网保