本发明涉及一种煤层瓦斯压力评测系统，尤其涉及一种基于光纤传感阵列分布测量的煤层瓦斯动态安全评测系统。
背景技术：
：煤炭能源长期占据我国能源生产和消费的主导地位，但是煤层瓦斯时刻威胁着作业人员的生命和生产系统的安全，瓦斯灾害事故的防治是煤矿安全生产的重中之重。受煤层地压和煤层地质条件的影响，煤炭生产过程中，煤层瓦斯压力动态变化，如果监测和处理不到位随时有瓦斯突出和瓦斯爆炸的危险。煤层瓦斯压力的实时评测则是辨识和预防瓦斯灾害的“避雷针”，其测定工作是一切瓦斯防治措施的基础。关于研究煤与瓦斯突出问题，仅凭某一点瓦斯压力测量值来做出煤与瓦斯突出预测、预警是很片面的，不具有说服力，生产中需要根据生产煤层瓦斯分布的特点，通过测量和评估掌握煤层瓦斯运动、动态分布和变化情况，为工作面安全生产和瓦斯突出预测和防突措施开展提供依据。因此，做好井下生产区域煤层的瓦斯动态压力的测量和实时评估是保证生产安全的重要举措。煤层瓦斯动态压力测定的精确性、全面性、高效性对煤炭生产安全来说具有重要的意义，传统的电子压力表在瓦斯压力检测方面，简便快捷，应用广泛，但是随着科学技术的进步会发现压力表测压仍存在一些不足：由于其示值准确性依靠人工读数而得不到保证；获取数据点比较单一化，对煤层区域瓦斯动态压力的分布监测技术难度比较大，未曾有人采用。现有的瓦斯压力测量方案主要存在如下几种:1、瓦斯压力直接测量法通过使用钻机由岩层巷道或煤层巷道向预定煤层瓦斯探测点钻孔，然后在钻孔中引出测压管，再将钻孔严密封孔，通过读取测压管上压力表的读数确定出瓦斯压力。2、瓦斯压力间接测量法利用瓦斯的一些物理特性推断出瓦斯压力，如通过直接测定瓦斯流量来推测瓦斯压力。3、自钻式煤层瓦斯压力原位测定法该装置能够在不抽出钻杆的前提下，实现煤层瓦斯压力的测定，重点用于钻孔易塌、易堵的松软煤层，这相对于传统的测定方法，可有效减少测定工作量，提高煤炭生产效率。现有的瓦斯压力测量方案存在以下缺点:1、电子压力测量仪器和非电子压力测量仪器，读数需要靠人工读取，操作不方便，由于井下作业环境较为恶劣，当压力测试点较多时，压力测试变得十分繁琐；2、仅能获得某一时段、某一位置的单一的煤层瓦斯压力数据，通过多点离散测量估计瓦斯压力情况，无法实时测量煤层瓦斯的动态压力状况；3、测试过程中必须对压力表贴标签进行标识以及并记录相应位置点测量参数，由于环境恶劣压力表标签经常遗失或损坏，导致不能确定压力值对应的具体位置；也无法通过数据可视化方法实时显示测量和评估结果。技术实现要素：本发明的目的是提供一种基于光纤传感阵列分布测量的煤层瓦斯动态安全评测系统，能够针对煤层瓦斯压力高时空分辨率、多点分布式测量以及实时连续测量的需求，通过分布式光纤测量阵列对监测区域内各个探测点上的瓦斯压力参数进行实时测量，并利用计算机三维图像技术构建监测区域瓦斯压力分布显示的三维可视化图形，为煤矿瓦斯压力的预测预警提供科学依据。本发明采用下述技术方案：基于光纤传感阵列分布测量的煤层瓦斯动态安全评测系统，其特征在于：包括光纤传感阵列、与光纤传感阵列连接的处理装置以及与处理装置连接的区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统；其中，所述的光纤传感阵列，用于实时采集测量区域中各个探测点或指定的探测点的瓦斯压力信号，并将探测到的瓦斯压力信号转换为光学测量信号后发送至处理装置；所述的处理装置，用于接收光纤传感阵列所发送的测量区域中各个或指定的探测点的瓦斯压力信息所对应的光学测量信号，然后通过传感器阵列光谱处理单元和测量信息解析单元进行光谱参量解析得到光学参量，并把光学参量进行数据封装，然后通过通信单元传输给区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统；所述的区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统，用于解析处理装置发送的经数据封装的光学参量，并根据解析后得到的光学参量，经压力解算和补偿校准后进行区域三维图形重建和瓦斯分布安全性评价。光纤传感阵列包括测量光源装置、多通道转换耦合装置、光缆和多组光纤传感器组；测量光源装置，用于产生指定带宽的激光信号；多通道转换耦合装置包括控制电路和扫描耦合光学系统；每组光纤传感器组均由若干个分别设置在煤层上所开设的瓦斯压力探测孔内的光纤传感装置组成；多组光纤传感器组以行或列的方式分布；多组光纤传感器组均通过光纤陶瓷准直接头连接扫描耦合光学系统，多通道转换耦合装置通过光缆与处理装置连接。光纤传感装置包括光纤传感单元和煤层瓦斯压力取样单元，煤层瓦斯压力取样单元用于采集煤层探测点的瓦斯压力信号，光纤传感单元用于将瓦斯压力信号转变为光学测量信号；光纤传感单元包括设置有中空腔体的壳体，壳体内设置有弹性金属板将中空腔体分为上部的弹簧容置腔和下部的瓦斯容置腔，光纤依次穿过壳体的上面板、弹性金属板和壳体的下面板，且位于壳体外侧的光纤上均套设有铠装电缆机械保护层，位于弹簧容置腔内的光纤带有布拉格光栅段，弹簧容置腔内设置有弹簧，且弹簧的下端与弹性金属板连接，弹簧的上端设置有精密螺纹且通过精密螺纹与壳体的上面板螺纹连接，弹簧的上下两端还分别与位于弹簧容置腔内的光纤的上下两端端部连接；位于弹簧容置腔内的光纤和弹簧均处于拉伸状态，壳体的下部还设置有与瓦斯容置腔导通的煤层瓦斯压力取样单元连接结构；煤层瓦斯压力取样单元采用组合式导气管路，组合式导气管路包括导气管路起始段、若干个中间延伸段和导气管路末段，导气管路起始段的前端设置有光纤传感单元连接结构，导气管路起始段外表面设置有自张式密封结构，导气管路起始段的后端设置有中间延伸段前连接结构，中间延伸段的前端均设置有中间延伸段后连接结构，中间延伸段的后端均设置有中间延伸段前连接结构，导气管路末段的前端设置有中间延伸段后连接结构，导气管路末段的周向上设置有若干个导气孔，导气孔可均匀设置或随机设置，中间延伸段前连接结构与中间延伸段后连接结构相匹配，导气管路起始段、若干个中间延伸段和导气管路末段可拆卸连接。自张式密封结构包括锥面导推机构、托架支撑件、密封盘组件、密封盘固定托架和橡胶密封圈；托架支撑件套设在导气管路起始段上，托架支撑件包括管状的套管及与套管同轴设置的环形支撑盘，环形支撑盘的前表面沿圆周方向均匀设置有四个支杆，四个支杆均与导气管路的轴线平行，密封盘固定托架的后表面通过四个支杆与托架支撑件固定；密封盘固定托架为圆环状，密封盘固定托架的前表面沿圆周方向均匀设置有四个密封盘子件滑动连接结构，密封盘组件包括四个相同的密封盘子件，每个密封盘子件均为弧度大于π/2的扇环，每个密封盘子件均通过对应密封盘子件滑动连接结构与密封盘固定托架滑动连接，且每个密封盘子件的运动轨迹均位于每个密封盘子件的径向；锥面导推机构采用圆台形的推导块，且圆台形的推导块的前表面的直径大于后表面的直径，推导块沿上同轴设置有贯穿推导块前表面和后表面的导气管路容置圆孔，导气管路容置圆孔的内表面设置有内螺纹，导气管路起始段外表面设置有外螺纹，锥面导推机构通过螺纹设置在导气管路起始段外表面；导气管路容置圆孔外侧的推导块前表面上还向前延伸形成旋紧部；密封盘固定托架表面还设置有橡胶密封圈，橡胶密封圈的后表面固定在环形支撑盘的四个支杆前端，橡胶密封圈的内径小于推导块的前表面的直径且大于后表面的直径，橡胶密封圈的外径大于瓦斯压力探测孔的内径；四个密封盘子件沿对应密封盘子件滑动连接结构向外运动至最大位置时组成圆环形，且四个密封盘子件所组成圆环形的内圆圆周面与圆台形的推导块的侧表面接触，橡胶密封圈套设在圆台形的推导块的侧表面上；处理装置包括传感器阵列光谱处理单元、测量信息解析单元、光参数阵列数据封装单元和通信单元；其中，传感器阵列光谱处理单元，用于对光纤传感阵列发送的光谱信号进行解调；测量信息解析单元，用于读取传感器阵列光谱处理单元输出的解调光谱中的每一个探测点所对应的光纤传感单元的当前中心波长，并将读取的当前中心波长数字化；光参数阵列数据封装单元，用于将测量信息解析单元数字化后的光学参量进行数据封装并传输至通信单元；通信单元，用于实现处理装置和区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统的数据传输。通信单元采用以太网通信技术，定时把封装后的数据包发送给区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统。区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统，在进行区域三维图形重建和瓦斯分布安全性评价时，首先接收通信单元传输来经数据封装的光学参量，随后将光学参量进行数据解封并将解封后的数据传输至数据缓冲区，再利用光谱波长变化与压力值的对应关系进行压力解算以得到压力初值；然后区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统再进行补偿校准，即计算出误差修正值作为补偿值，将压力初值与误差修正值的求和结果作为探测点最终压力值进行补偿校准，然后基于经补偿校准后的瓦斯压力数据进行区域三维图形重建和瓦斯分布安全性评价。区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统在进行压力解算得到压力初值时，任意探测点的压力初值p0的计算公式为：p0＝k(λ-λ0)＝kδλ；其中，k为压力与波长变比系数，每一个光纤传感单元的k值均能够在光纤传感单元制作完成后通过实验线性拟合求得；λ为当前光纤传感单元中光栅的中心波长；λ0为压力为0pa时光栅的中心波长。区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统在进行补偿校准时，误差修正值δ(p，t)的计算公式为：δ(p，t)＝ap2+btp+ct2+dp+et+f；其中，p和t为分别压力和温度变量，p∈[0-10]，t∈[15-30]；a，b，c，d，e和f均为误差方程常数系数。区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统在进行重建区域三维图形时，首先根据经误差校正后所得到n×m个瓦斯压力数据pi，j，结合光纤传感阵列布局瓦斯压力数据pi，j构成n行m列瓦斯压力测量矩阵，其中i＝0，1，2...n，j＝0，1，2...m；光纤传感阵列中存在n行，每个通道有m个光纤传感单元，然后区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统再根据煤矿生产监测区域内光纤传感阵列中各光纤传感单元ri和各光纤传感单元的位置离散值cj,采用最小二乘法拟合瓦斯动态压力三维曲面方程，瓦斯动态压力三维曲面方程为p(r，c)＝a5r2+a4cr+a3c2+a2r+a1c+a0；a0，a1，a2，a3，a4和a5均为常数系数，p为井下测量区域内任一探测点的压力；r为井下测量区域内任意纵向位置值即行位置插值点，c为井下测量区域内任意横向位置值即列位置插值点；随后区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统再基于瓦斯压力测量矩阵中的n×m个数据，用最小二乘法计算瓦斯动态压力三维曲面方程系数，在瓦斯压力测量点曲面计算值p(ri，cj)与瓦斯压力测量pi，j的偏差加权平方和最小的情况下，计算得出瓦斯动态压力三维曲面方程常数系数对a0，a1，...，a5分别求偏导并等0，求解出δ(a0,a1,…,a5)的极小值，对应的系数a0，a1，...，a5即为拟合后的瓦斯动态压力三维曲面方程常数系数；然后区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统通过求得的瓦斯动态压力三维曲面方程，以及求得的瓦斯动态压力三维曲面方程常数系数，求得测量区域内所有探测点的瓦斯压力值；最后，区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统通过求得的测量区域内所有探测点的瓦斯压力值，进行区域三维图形重建。区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统首先构建三维坐标系，坐标轴分别是行r，列c和压力值p，然后区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统把行r和列c的数值离散化，得到两组向量[r1,r2,…,rn]和[c1,c2,…,cm]，并根据通过瓦斯动态压力三维曲面方程求得的行向量与列向量交叉点的压力值p(ri，cj)，行坐标、列坐标和坐标点压力值构成空间坐标点(ri，cj，pi，j)；随后区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统根据行向量与列向量求出所有的空间坐标点，形成三维空间点阵；再根据三维坐标系三坐标投影伸缩系数重新计算空间坐标值(ri，cj)在投影后新的空间坐标值(ri＇，cj＇)，然后结合空间坐标点(ri，cj，pi，j)中的pi，j的值，得到新的空间坐标点(ri，cj，pi，j)，从而得到新的三维空间点阵；随后区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统将得的新的三维空间点阵在三维坐标系进行投影得到二维点阵记为p(i，j),其中1≤i≤n，1≤j≤m；之后区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统对投影后的平面点的新的坐标值做计算机屏幕适应处理，把投影后的平面点阵p(i，j)中的图形点坐标换算到的三维图形屏幕显示区域；设图形显示区域的宽度像素值lx,高度像素值ly，图形点横坐标最大值为xmax，图形点纵坐标最大值为ymax，换算公式为：其中，x，y分别为图形点的横坐标和纵坐标值，x′和y′分别为经屏幕适应处理后新的横坐标和纵坐标值，lx和ly分别为视图区屏幕横向和纵向的像素宽度，xmax和ymax分别为原图形横坐标和纵坐标的最大值；之后区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统对投影后的平面点的纵向数值做数值取反处理，并加上平移值形成新的图形绘制点，然后再把新的图形绘制点拉回到图形显示区，计算公式为y′＝offset-y，其中，y′为数值取反处理后的数据，y为实际数据，offset为位移量，然后区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统在完成屏幕适应处理后的平面点阵中，取平面点阵中相邻四点绘制封闭四边形，并对封闭四边形着色；在以i，j为循环变量，遍历绘制平面点阵中所有点构成的封闭四边形并基于压力值色带进行封闭图形着色，最终完成区域三维图像的重建。本发明基于光纤传感技术上的独特优势，针对煤层瓦斯压力高时空分辨率、多点分布式测量以及实时连续测量的需求，将光纤传感测量单元采用波分复用的方式组成传感器组，并分成多路构建所监控的生产区域分布式光纤测量阵列，通过同步解析转换光学信号，对分布测量点上的瓦斯压力参数进行测量，基于煤层瓦斯渗透行为和含瓦斯煤变形破坏特征，通过计算机三维图形技术构建监测区域瓦斯压力分布显示的三维可视化图形，可以方便地了解瓦斯压力的变化情况以及变化趋势。对煤矿瓦斯突出的预测预警提供科学依据。附图说明图1为本发明的原理示意图；图2为本发明中光纤传感装置的结构示意图；图3为本发明中光纤传感单元的结构示意图；图4为本发明中导气管路起始段和中间延伸段的连接结构示意图；图5为本发明中导气管路末段的结构示意图；图6为本发明中密封盘组件前表面的结构示意图；图7为本发明中密封盘组件后表面的结构示意图；图8为本发明中密封盘子件后表面的结构示意图；图9为本发明中密封盘固定托架的结构示意图；图10为本发明中锥面导推机构与导气管路起始段的连接结构示意图；图11为本发明中自张式密封结构的结构示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本发明作以详细的描述：如图1所示，本发明所述的一种基于光纤传感阵列1分布测量的煤层瓦斯动态安全评测系统，包括光纤传感阵列1、与光纤传感阵列1连接的处理装置以及与处理装置连接的区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统；所述的光纤传感阵列1，用于实时采集测量区域中各个探测点或指定的探测点的瓦斯压力信号，并将探测到的瓦斯压力信号转换为光学测量信号后发送至处理装置；所述的处理装置，用于接收光纤传感阵列1所发送的测量区域中各个或指定的探测点的瓦斯压力信息所对应的光学测量信号，然后通过传感器阵列光谱处理单元和测量信息解析单元进行光谱参量解析得到光学参量，并把光学参量进行数据封装，然后通过通信单元传输给区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统；所述的区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统，用于解析处理装置发送的经数据封装的光学参量，并根据解析后得到的光学参量，经压力解算和补偿校准后进行区域三维图形重建和瓦斯分布安全性评价。以下结合附图和实施例对本发明作以详细的描述：本发明中，光纤传感阵列1用于实时采集测量区域中各个探测点的或指定的探测点的瓦斯压力信号，并将探测到的瓦斯压力信号转换为光学测量信号后发送至处理装置；光纤传感阵列1包括测量光源装置、多通道转换耦合装置、光缆6和多组光纤传感器组2，多组光纤传感器组2以行或列的方式分布，多通道转换耦合装置包括控制电路和扫描耦合光学系统，扫描耦合光学系统可采用分时多通道光开关，通道数量可根据光纤传感阵列1中多组光纤传感器组2的行数或列数通过控制电路设定。每组光纤传感器组2均由若干个分别设置在煤层上所开设的瓦斯压力探测孔内的光纤传感装置3组成，多组光纤传感器组2均通过光纤陶瓷准直接头连接扫描耦合光学系统，多通道转换耦合装置通过光缆6与处理装置连接。其中，测量光源装置用于产生指定带宽的激光信号，测量光源装置可采用激光光源。扫描耦合光学系统在控制电路的控制下向多组光纤传感器组2注入宽带激光，并以ns级速度扫描光纤传感阵列1中所有光纤传感器组2中各个光纤传感装置3对应的探测点的压力动态变化并转换为光学参数的变化，从而形成测量光谱，然后通过光缆6传递给处理装置。本发明中，每组光纤传感器组2均为由多个光纤传感装置3串联形成的光纤传感器链，每个光纤传感装置3均包括光纤传感单元4和煤层瓦斯压力取样单元5，煤层瓦斯压力取样单元5用于采集煤层探测点的瓦斯压力信号，光纤传感单元4用于将瓦斯压力信号转变为光学测量信号。所述的光纤传感单元4包括设置有中空腔体的壳体7，壳体7内设置有弹性金属板8将中空腔体分为上部的弹簧容置腔9和下部的瓦斯容置腔10，光纤依次穿过壳体7的上面板11、弹性金属板8和壳体7的下面板12，且位于壳体7外侧的光纤上均套设有铠装电缆机械保护层16，位于弹簧容置腔9内的光纤带有布拉格光栅段13，弹簧容置腔9内设置有弹簧14，且弹簧14的下端与弹性金属板8连接，弹簧14的上端设置有精密螺纹且通过精密螺纹与壳体7的上面板11螺纹连接，弹簧14的上下两端还分别与位于弹簧容置腔9内的光纤的上下两端端部连接；位于弹簧容置腔9内的光纤和弹簧14均处于拉伸状态，壳体7的下部还设置有与瓦斯容置腔10导通的煤层瓦斯压力取样单元连接结构15；本实施例中，弹簧14两端与带有布拉格光栅段13的光纤采用粘贴紧固的方式进行固定，弹簧14的上端通过精密螺纹与壳体7的上面板11螺纹连接，以便于调整测量范围和校准，通过弹簧14与上面板11之间的精密螺纹拉伸弹簧14，使弹簧14和带有布拉格光栅段13的光纤均处于拉伸状态。由于弹簧14的拉伸和收缩具有较高的线性，大大提高了光纤光栅轴向应变的的线性度；同时由于弹簧14伸缩受温度影响忽略不计，因此温度和应变的交叉敏感问题也得到了很好的解决。本发明中，由于每个煤层探测点设置的光纤传感单元4的中心波长不同，所以在煤层探测点的光纤传感单元4配置完成后，既可任意选用若干个光纤传感单元4进行组链，也可按照光纤传感单元4工作波长递增的顺序进行组链，然后构成光纤传感器阵列，每条由若干个光纤传感单元4组成的传感器链所包含的光纤传感单元4的数量可不相同。光纤传感阵列1中，任意一组光纤传感器组2中的光纤传感装置3所包括的光纤传感单元4均通过光纤接头接入光缆6，光纤传感阵列1中光纤传感单元4的光栅周期各异，光谱也不同；处理装置接收扫描耦合光学系统反馈的光谱形成光谱阵列。所述的煤层瓦斯压力取样单元5采用组合式导气管路，组合式导气管路包括导气管路起始段17、若干个中间延伸段18和导气管路末段19，导气管路起始段17的前端设置有光纤传感单元连接结构20，导气管路起始段17外表面设置有自张式密封结构21，导气管路起始段17的后端设置有中间延伸段前连接结构22，中间延伸段18的前端均设置有中间延伸段后连接结构23，中间延伸段18的后端均设置有中间延伸段前连接结构22，导气管路末段19的前端设置有中间延伸段后连接结构23，导气管路末段19的周向上设置有若干个导气孔24，导气孔24可均匀设置或随机设置，中间延伸段前连接结构22与中间延伸段后连接结构23相匹配，导气管路起始段17、若干个中间延伸段18和导气管路末段19可拆卸连接。本实施例中，煤层瓦斯压力取样单元连接结构15可采用设置有外螺纹的连接杆，光纤传感单元连接结构20可采用设置有内螺纹的螺纹套，煤层瓦斯压力取样单元连接结构15和光纤传感单元连接结构20相互匹配且采用螺纹连接方式，实现煤层瓦斯压力取样单元5和光纤传感单元4的可拆卸连接。中间延伸段前连接结构22采用连接栓，中间延伸段后连接结构23采用“u”型连接槽，连接栓与“u”型连接槽相匹配。连接栓为圆形筒状结构，连接栓的两侧沿连接栓径向设置有限位柱。当导气管路起始段17的后端与中间延伸段18的前端安装时，中间延伸段18的前端套设在连接栓上，且连接栓的两侧的限位柱位于“u”型连接槽内。中间延伸段18的后端与中间延伸段18的前端，以及中间延伸段18的后端与导气管路末段19的前端的连接方式与导气管路起始段17的后端与中间延伸段18的前端的安装方式相同。所述的自张式密封结构21通过螺纹设置在导气管路起始段17外表面，自张式密封结构21包括锥面导推机构25、托架支撑件、密封盘组件、密封盘固定托架27和橡胶密封圈28。托架支撑件套设在导气管路起始段17上，托架支撑件包括管状的套管30及与套管30同轴设置且连接的环形支撑盘26，环形支撑盘26的前表面沿圆周方向均匀设置有四个支杆29，四个支杆29均与导气管路的轴线平行，密封盘固定托架27的后表面通过四个支杆29与托架支撑件固定。密封盘固定托架27为圆环状，密封盘固定托架27的前表面沿圆周方向均匀设置有四个密封盘子件31滑动连接结构，密封盘组件包括四个相同的密封盘子件31，每个密封盘子件31均为弧度大于π/2的扇环，每个密封盘子件31均通过对应密封盘子件31滑动连接结构与密封盘固定托架27滑动连接，且每个密封盘子件31的运动轨迹均位于每个密封盘子件31的径向。锥面导推机构25采用圆台形的推导块，且圆台形的推导块的前表面的直径大于后表面的直径，推导块沿上同轴设置有贯穿推导块前表面和后表面的导气管路容置圆孔32，导气管路容置圆孔32的内表面设置有内螺纹，导气管路起始段17外表面设置有外螺纹34，锥面导推机构25通过螺纹设置在导气管路起始段17外表面。导气管路容置圆孔外侧的推导块前表面上还向前延伸形成旋紧部33，旋紧部33的形状为六角螺母状，便于驱动锥面导推机构25通过螺纹在导气管路起始段17外表面前后运动。密封盘固定托架27后表面还设置有橡胶密封圈28，橡胶密封圈28的后表面固定在环形支撑盘26的四个支杆29前端，橡胶密封圈28的内径小于推导块的前表面的直径且大于后表面的直径，橡胶密封圈28的外径大于瓦斯压力探测孔的内径；四个密封盘子件31沿对应密封盘子件31滑动连接结构向外运动至最大位置时组成圆环形，且四个密封盘子件31所组成圆环形的内圆圆周面与圆台形的推导块的侧表面接触，橡胶密封圈28套设在圆台形的推导块的侧表面上。本实施例中，密封盘子件31滑动连接结构可采用直线滑道35与滑块的滑动连接结构，密封盘固定托架27的前表面沿圆周方向均匀设置有四个直线滑道35，且四个直线滑道35均沿密封盘固定托架27的径向设置，每个密封盘子件31的后表面均设置有滑块36，每个密封盘子件31均通过滑块36与对应的直线滑道35与密封盘固定托架27滑动连接，并交错重叠。未张开时4片密封盘子件31沿着滑到滑离圆心最近的地方，张开时密封盘子件31滑到离圆心最远的地方，并依次交错构成整圆。当旋动锥面导推机构25使其在导气管路起始段17外表面向后运动时，锥面导推机构25将驱动四个密封盘子件31向外运动即沿密封盘固定托架27的径向朝向远离圆心的方向运动。当锥面导推机构25驱动四个密封盘子件31向外运动至最大位置时，四个密封盘子件31依次交错构成圆环，且此时四个密封盘子件31依次交错构成圆环外边缘将插入瓦斯压力探测孔四周的煤壁中。由于橡胶密封圈28的外径大于瓦斯压力探测孔的内径，橡胶密封圈28与密封盘组件配合，提高了密封效果。当锥面导推机构25驱动四个密封盘子件31向外运动至最大位置时，由于橡胶密封圈28的内径小于推导块的前表面的直径且大于后表面的直径，橡胶密封圈28将紧密地套设在圆台形的推导块的侧表面上，进一步提高密封效果。同时，密封盘组件、密封盘固定托架27以及橡胶密封圈28紧贴在一起，导气管路起始段17外表面设置的外螺纹可通过涂加固体油脂既起到固定密封件功能，又能再次对钻孔内气体起到很好的密封作用。自张式密封结构21能够确保测量过程中，钻孔内的瓦斯气体不能涌出，保证生产安全。材质选择上，10米以上的导气管道，若采用金属管道由于太重不便安装，因此本发明中，导气管路起始段17采用金属钢管外，中间延伸段18和导气管路末段19均采用高强度硬质塑料管，并具有一定的柔韧性。本发明中，处理装置用于接收光纤传感阵列1所发送的测量区域中各个或指定的探测点的瓦斯压力信息所对应的光学测量信号，然后通过传感器阵列光谱处理单元和测量信息解析单元进行光谱参量解析得到光学参量，并把光学参量进行数据封装，然后通过通信单元传输给区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统；处理装置包括传感器阵列光谱处理单元、测量信息解析单元、光参数阵列数据封装单元和通信单元，其中：传感器阵列光谱处理单元，用于对光纤传感阵列1发送的光谱信号进行解调；测量信息解析单元，用于读取传感器阵列光谱处理单元输出的解调光谱中的每一个探测点所对应的光纤传感单元4的当前中心波长，并将读取的当前中心波长数字化。光参数阵列数据封装单元，用于将测量信息解析单元数字化后的光学参量进行数据封装并传输至通信单元；每完成一个周期扫描后，处理装置将所有探测点所对应的光纤传感单元4的中心波长按照行列顺序形成一个数据串，按照先后顺序编号并封装，如果光纤传感阵列1中某一探测点没有放置光纤传感单元4，则该探测点所对应的光纤传感单元4的波长记为0。编号及封装格式如下所示：起始字段00λ0001λ01……mnλmn＝0……ijλij结束字段通信单元，用于实现处理装置和区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统的数据传输。通信单元采用以太网通信技术，定时把封装后的数据包发送给区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统。区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统，用于解析处理装置发送的经数据封装的光学参量，并根据解析后得到的光学参量，经压力解算和补偿校准后进行区域三维图形重建和瓦斯分布安全性评价。区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统包括处理器和显示器；本发明中，在对光谱数据进行压力解算前，区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统首先接收通信单元传输来经数据封装的光学参量，随后将光学参量进行数据解封并将解封后的数据传输至数据缓冲区，再利用光谱波长变化与压力值的对应关系进行压力解算以得到压力初值p0。在温度环境稳定时，任意探测点的压力初值p0的计算公式为：p0＝k(λ-λ0)＝kδλ；其中，k为压力与波长变比系数，每一个光纤传感单元4的k值均能够在光纤传感单元4制作完成后通过实验线性拟合求得；λ为当前光纤传感单元4中光栅的中心波长；λ0为压力为0pa时光栅的中心波长；由于在实际使用过程中，温度环境会对光纤传感单元4中的光纤光栅敏感单元产生交叉敏感，因此探测点的实际压力值与压力初值之间存在压力误差，为克服压力误差所造成的影响，本发明中特殊设计了探测点最终压力值的计算方法，探测点最终压力值p1为初始压力值p0与误差修正值δ(p，t)的和，p1＝k(λ-λ0)+δ(p，t)＝kδλ+δ(p，t)；δ(p，t)＝ap2+btp+ct2+dp+et+f；其中，p和t为分别压力和温度变量，p∈[0-10]，t∈[15-30]；δ(p，t)为随压力p和温度t变化的误差修正值；a，b，c，d，e，f均为误差方程常数系数。为了解决压力和温度交叉变化情况下传感器误差修正问题，本发明中采用如下方法计算在预定的压力和温度变化范围内的误差修正值：1、取封装好的光纤传感单元4，在压力量程范围内，通过压力罐等间隔对光纤传感单元4加压[p1，p2，…，pn]，在不同试验压力点保持压力恒定；2、根据煤矿生产监测区域温度变化区间，通过恒温水浴槽内等间隔改变传感器的工作温度[t1，t2，…，tm]，各个试验工作温度点保持恒温10-20分钟；3、在每一个恒定试验压力下，改变m次试验温度，通过光栅波长偏移量计算不同恒定压力时各个温度点的压力初值，再通过标准压力表的示值与所计算的压力初值的差作为不同温度点的压力误差，测量多次后求出压力误差平均值作为该次试验最终压力误差；4、将n个恒定压力点，且每个恒定压力点做m次恒温试验之后所求出的n×m个最终压力误差数据，记为n行m列的误差矩阵δ(pi，tj)；其中，n行代表n个恒定试验压力pi，m列代表m个恒定试验温度ti。5、通过误差矩阵对试验中的恒定压力值和恒定温度值对应光纤光栅传感单元的测量结果进行校正。为了对压力和温度变化区间范围内任意压力和任意温度时光纤光栅传感单元的测量结果进行校正，本发明中，在瓦斯压力预定范围内[0-10mpa]和煤炭生产区温度预定范围[15-30℃]内，通过对误差矩阵进行最小二乘拟合，求得误差校正方程δ(p，t)。光纤传感单元4的误差校正方程拟合如下：采用最小二乘法拟合后误差校正方程为δ(p，t)＝ap2+btp+ct2+dp+et+f；式中，a，b，c，d，e，f均为拟合常数系数。由此可以计算出，光纤传感阵列1中任意光纤传感单元4的测量结果经补偿校准后的最终测量值p1为：p1＝k(λ-λ0)+δ(p，t)＝kδλ+ap2+btp+ct2+dp+et+f；6、将煤矿生产监测区域所布置的光纤传感阵列1中每一个光纤传感单元4的误差校正方程拟合常数系数，根据对应的传感单元编号存储在数据库中，并利用误差校正方程对所有光纤传感单元4的瓦斯压力测量结果进行实时补偿，最终得到经压力解算和补偿校准后瓦斯压力数据。在进行重建区域三维图形时，按照以下步骤进行：1、煤矿生产监测区域内光纤传感阵列1中存在n行(即n个通道)，每个通道有m个光纤传感单元4，对所有光纤传感单元4的瓦斯压力测量结果进行误差校正后，得到n×m个瓦斯压力数据pi，j，结合光纤传感阵列1布局将n×m个瓦斯压力数据pi，j构成n行m列瓦斯压力测量矩阵，其中i＝0，1，2...n，j＝0，1，2...m；2.根据煤矿生产监测区域内光纤传感阵列1中各光纤传感单元4ri和各光纤传感单元4的位置离散值cj,拟合瓦斯动态压力三维曲面方程，其中i＝0，1，2...n，j＝0，1，2...m。根据煤层瓦斯气体渗透原理，含瓦斯煤层瓦斯气体吸附和游离处于动态平衡状态，在一定区域内瓦斯气体状态相对稳定且连续，因此本发明中在瓦斯压力测量矩阵的基础上采用最小二乘法拟合煤矿生产监测区域的瓦斯动态压力三维曲面方程，如下所示：p(r，c)＝a5r2+a4cr+a3c2+a2r+a1c+a0；其中，a0，a1，a2，a3，a4和a5均为常数系数，p为井下测量区域内任一探测点的压力；r为井下测量区域内任意纵向位置值即行位置插值点，c为井下测量区域内任意横向位置值即列位置插值点。3.基于瓦斯压力测量矩阵中的n×m个数据，用最小二乘法计算瓦斯动态压力三维曲面方程系数。本实施例中，在瓦斯压力测量点曲面计算值p(ri，cj)与瓦斯压力测量pi，j的偏差加权平方和最小的情况下，计算得出瓦斯动态压力三维曲面方程系数；具体如下所示：对a0，a1，...，a5分别求偏导并等0，求解出δ(a0,a1,…,a5)的极小值，对应的系数a0，a1，...，a5即为拟合后的瓦斯动态压力三维曲面方程常数系数。通过求得的瓦斯动态压力三维曲面方程，以及步骤(3)中求得的瓦斯动态压力三维曲面方程常数系数，求得测量区域内所有探测点的瓦斯压力值。4.重建区域三维图形。在区域三维图形重建过程中可采用多点连续连线绘制法，首尾封闭后形成面域；进行瓦斯分布安全性评价时可采用着色法，着色法是根据瓦斯压力的危险程度，从蓝色到危险的橘红色过渡，形成连续性色带，从而通过颜色直观的显示出瓦斯压力的危险程度。多点连续连线绘制法和着色法均为本领域的常规技术，在此不再赘述。本实施例中，区域三维图形重建过程中采用了特殊的封闭图形绘制法，根据拟合后的瓦斯动态压力三维曲面方程，进行区域三维图形重建的主要过程如下：1.构建三维坐标系，坐标轴分别是行r，列c和压力值p。2.把行r和列c的数值离散化，得到两组向量[r1,r2,…,rn]和[c1,c2,…,cm]，然后通过瓦斯动态压力三维曲面方程求得行向量与列向量交叉点的压力值p(ri，cj)，行坐标、列坐标和坐标点压力值构成空间坐标点(ri，cj，pi，j)。3.根据行向量与列向量，求出所有的空间坐标点，形成三维空间点阵。4.根据三维坐标系三坐标投影伸缩系数重新计算空间坐标值(ri，cj)在投影后新的空间坐标值(ri＇，cj＇)，然后结合步骤(2)中的空间坐标点(ri，cj，pi，j)中的pi，j的值，得到新的空间坐标点(ri＇，cj＇，pi，j)，从而得出新的三维空间点阵；三坐标投影伸缩系数属于本领域公知常识，在此不再赘述。5.把步骤4中获得的新的三维空间点阵在三维坐标系进行投影得到二维点阵记为p(i，j),其中1≤i≤n，1≤j≤m；6.对投影后的平面点的新的坐标值做计算机屏幕适应处理，把投影后的平面点阵p(i，j)中的图形点坐标换算到的三维图形屏幕显示区域；设图形显示区域的宽度像素值lx,高度像素值ly，图形点横坐标最大值为xmax，图形点纵坐标最大值为ymax，换算公式为：其中，x，y分别为图形点的横坐标和纵坐标值，x′和y′分别为经屏幕适应处理后新的横坐标和纵坐标值，lx和ly分别为视图区屏幕横向和纵向的像素宽度，xmax和ymax分别为原图形横坐标和纵坐标的最大值。7.由于计算机屏幕y向坐标0位置在屏幕顶部，对投影后的平面点的纵向数值做数值取反处理，并加上平移值从而形成新的图形绘制点，然后再把新的图形绘制点拉回到图形显示区，计算式如下：y′＝offset-y其中，y＇为数值取反处理后的数据，y为实际数据，offset为位移量。8.在完成屏幕适应处理后的平面点阵，取平面点阵中相邻四点绘制封闭四边形，并对封闭四边形着色；在以i，j为循环变量，遍历绘制平面点阵中所有点构成的封闭四边形并基于压力值色带进行封闭图形着色。本发明中，采用封闭图形绘制法，并配以基于压力值色带的着色法，根据区域分布颜色即可直观看出瓦斯的安全状况，从而通过颜色直观的显示出瓦斯压力的危险程度。9.完成区域三维图像的重建。曲面离散时，行向和列项坐标取值离散点数i，j越大，则图形分辨率也越高，重建后的图形误差越小，图形表面也越平滑。在进行瓦斯分布安全性评价时，既可以以煤矿安全规程要求为基础，根据瓦斯动态压力数值的大小进行着色，对瓦斯动态压力数值可采用着色法显示分布区域瓦斯压力状态，根据区域分布颜色即可直观看出瓦斯的安全状况。同时，还可以根据煤矿安全规程要求的安全值范围对测量结果进行综合评定，即根据瓦斯压力范围划分安全区域、亚安全区域、危险区域和严重危险区域，对所有压力探测点的值进行对照评判，给出评判结论，最终评定结果可通过绘制三维图形、输出着色分布图形以及评估结果等方式输出。评价结果定时存入数据库，并实现网络实时共享。本实施例中，可结合煤矿安全规程对瓦斯压力值进行着色，即把煤层瓦斯压力值从安全值到危险值与蓝色到橘红色代表的rgb值对应起来，形成平滑色带。根据色带所代表的瓦斯的安全情况把色带分为安全区域、亚安全区域、危险区域和严重危险区域，通过颜色直观看出当前任意区域的安全状况。系统对瓦斯测量曲面刷新绘制过程中，同步记录测量区域内超限和接近安全限的瓦斯压力值并进行显示。如果瓦斯压力超限，系统直接报警。当前第1页12