一种光纤顶板安全在线监测系统的制作方法

本发明涉及矿井安全监测领域，尤其涉及一种光纤顶板安全在线监测系统。

背景技术：

1、矿井顶板和围岩的检测是矿山灾害预测的重要项目，矿井冒顶围岩坍塌是各类矿井的特大灾害之一，严重威胁着矿山的生产安全，发生时会造成巨大的经济损失和人员伤亡。近年来，由于掘进面的不断延伸和开采范围的扩大，矿井生产向纵深发展，冒顶、塌方的威胁也日益严重，防治任务也越来越艰巨，矿井顶板灾害严重威胁着矿山矿工的生命安全。

2、中国专利公开号：cn103510986a，公开了一种基于光纤光栅的巷道顶板离层动态监测系统及预警方法，包括地面数据处理及控制子系统、井下数据传输通讯子系统、井下传感数据采集子系统三部分：地面数据处理及子系统安放在地面控制中心室内，由地面上位主监控计算机、光纤光栅解调装置和供电电源组成；井下传输通讯子系统由矿用传输光纤和光纤接线盒组成；井下传感数据采集子系统包括至少一个光纤光栅顶板离层监测装置。

3、由此可见，所述动态监测系统不仅需要监测巷道顶板离层，其他方面仍存在以下问题：顶板的脱落情况、锚杆支护稳定性及潜在危险、超前支撑应力影响范围、应力的前移速度等进行长期动态监测，矿井顶板灾害严重威胁着矿山矿工的生命安全。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种光纤顶板安全在线监测系统，用以克服现有技术中针对顶板的脱落情况、锚杆支护稳定性及潜在危险、超前支撑应力影响范围、应力的前移速度等进行长期动态监测的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种光纤顶板安全在线监测系统，包括：

3、光纤传感器，其对煤矿内各点位数据信息进行监测，包括，监测顶板的离层量并计算离层的速度、监测煤矿井下锚杆支护的受力情况、监测煤柱应力；

4、通讯光缆，其作为数据传输的媒介，其采用同芯光纤，用于不同种类的所述光纤传感器之间的数据传输；

5、矿用本安型光纤光栅解调仪，其作为监控主站，通过所述通讯光缆与所述光纤传感器相连，能够读取所述光纤传感器光信号并转变为物理量；

6、环网交换机，其作为矿井上下的连接媒介，所述矿用本安型光纤光栅解调仪的数据通过所述通选光缆连接的环网交换机上传；

7、服务器，其作为井下数据传输终端，与所述环网交换机通过所述通讯光缆与相本安型光纤光栅解调仪连接，对井下采集的数据进行分析，包括，通过所述光纤传感器采集的数据，判定井下整体安全状态，与分析所述光纤传感器采集各点位单独安全状态，对于存有风险的点位根据采集的数据确定风险原因；根据所述服务器对所述光纤传感器实际采集结果的判定，对煤矿井下各采集点位可能出现的风险预测和报警。

8、进一步地，所述光纤传感器，包括：光纤顶板离层传感器，其设置有若干个，用于监测顶板的离层量并计算离层的速度，各所述光纤顶板离层传感器采集对应点位的实际离层量与实际离层速度；

9、光纤锚杆应力传感器，其设置有若干个，用于监测煤矿井下锚杆支护的受力情况，各所述光纤锚杆应力传感器采集对应点位的锚杆实际应力；

10、光纤钻孔应力传感器，其设置有若干个，用于监测煤柱应力，各所述光纤钻孔应力传感器采集对应点位的实际煤柱应力。

11、进一步地，所述服务器对采集的所有实际离层量、实际离层速度锚杆实际应力、煤柱的实际应力进行数据整合，进行计算安全评分,服务器内设置有安全评分阈值；若安全评分小于设定的安全评分阈值，则所述服务器判定当前井下确定位置状态安全；若确定位置任意一项安全评分大于等于设定的安全评分，则所述服务器判定当前井下确定位置状态不安全。

12、进一步地，所述服务器内设置有针对各采集的数据设置的计算补偿参数，其计算补偿参数，用于对计算安全评分是的各项数据进行计算补偿，对于任一计算补偿参数其作用有两个，其一为调节计算结果，其二为平衡计算纲量，任一计算补偿参数的数值根据其计算补偿数据的数值确定。

13、进一步地，所述任一计算补偿参数的数值根据其计算补偿数据的数值确定，其中，所述服务器内设置有离层量差值、离层速度差值、锚杆应力差值、煤柱的应力差值所对应的不同状态下的补偿值。

14、进一步地，对于任一所述光纤顶板离层传感器，所述服务器内设有离层量安全阈值和离层速度安全阈值，该光纤顶板离层传感器检测顶板的实际离层量和离层速度，并与各对应安全阈值进行对比；若实际离层量和实际离层速度均小于其实际的安全阈值，则所述服务器判定顶板当前状态安全；若实际离层量和实际离层速度之中存在至少一个大于等于对应安全阈值，则所述服务器判定顶板当前状态不安全。

15、进一步地，所述服务器通过实际离层量确定所述离层速度安全阈值，实际离层量越大离层速度阈值越小。

16、进一步地，对于任一所光纤锚杆应力传感器，所述服务器内设有光纤锚杆应力传感器内设置有锚杆应力安全阈值；

17、若锚杆实际应力小于锚杆应力安全阈值，则判定锚杆未达到屈服极限；若锚杆实际应力大于等于锚杆应力安全阈值，则判定且锚杆达到屈服极限。

18、进一步地，所述光纤钻孔应力传感器，对煤矿井下工作面前方的煤柱应力监测；所述服务器内设有矿井煤柱应力检测安全阈值及应力影响范围，所述光纤钻孔传感器监测矿井煤柱实际应力；

19、若所监测矿井煤柱实际应力大于等于煤柱应力检测安全阈值，则判断为锚杆超前支撑；若所监测矿井煤柱实际应力值小于煤柱应力检测安全阈值，则判断为锚杆正常支撑。

20、进一步地，所述光纤顶板安全在线监测系统在需要增加监测密度的场合还包括矿用无线光纤光栅解调仪，其作为监控分站，为所述服务器采集的数据进行有效补充，数据通过无线方式与所述监控主站通信。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，根据前端光纤传感器实时监控的各类数据，综合采集并判断煤矿井下整体的安全状态，对于存有风险的点位根据采集的数据确定风险原因；各光纤传感器布置具有灵活性，各光纤传感器对煤矿井下不同位置判断，使得监测更具有针对性。

22、进一步地，前端光纤传感器无需供电本质安全，系统的复用能力强；各光纤传感器通过灵活的布置获取各安装位置的数据采集，对于不同种类的井下数据进行实时监控，对煤矿井下数据进行更加精确的情形预估；设置计算参数及安全评分保证数据趋势的预测；通过多点位数据综合计算计算安全评分，使得井下环境呈现整体更为直观的数据化特点，从而能够直接对各细节处理结果的安全状态进行判定及阈值报警，趋势预测报警；针对顶板状态服务器根据顶板离层量及离层速度做出判定，对于具体位置上的顶板做出实时显示及阈值报警，确保煤矿顶板的安全；针对锚杆支护状态服务器根据锚杆实际应力做出判定，对于具体位置上的锚杆支护稳定性及潜在危险，确保煤矿锚杆支护的安全；针对煤体应力根据煤柱实际应力做出判定，对于具体位置上的煤柱应力判断煤体压力，确保煤矿锚杆支护的安全；对于情况复杂或检测范围较大的矿井，通过设置若干监控分站的措施，对监控主站的进行数据补充。

23、进一步地，所述光纤顶板安全在线监测系统易于维护；对数据整合所得结果的准确度，及趋势分析更加可靠；使得计算的结果更加准确，方便对实时监测数据进行对应的风险预测，保障了井下安全监测的及时性与有效性；增加环境判定的准确性。

24、进一步地，面对更加复杂的矿井环境增加更加细化的数据监控站，使检测数据更加细致，提升光纤顶板安全在线监测系统判定结果的准确度。