基于光纤传感网络监测预警系统及方法与流程

本发明涉及岩体位移监测技术领域，尤其涉及一种基于光纤传感网络监测预警系统及方法。

背景技术：

矿山采空区上覆岩体位移动态监测传统的方法是在地面设监测基点，用水准仪、经纬仪、全站仪或gps等仪器进行观察地表变化状态。

这种监测方法是观察岩体位移的变化结果，而非变化过程，无法实现预报预警。建立光纤传感网络，在钻孔中布置深、浅两个监测基点，利用计算机计算深、浅基点变化速度，利用变化速度运算波及地表时段，实现了矿山采空区上覆岩体移动监测预警。

石膏矿采用的是房柱法开采，煤矿和金属矿山采用崩落法或充填法开采，无论哪种开采方法开采后空区顶板或两帮岩体都会变形和位移，会造成地表变形。会形成大面积空顶，随着采空区的不断扩大，采空区变成了事故隐患，采空区空顶板会随着采动影响和压力的变化随时可能发生大面积垮落。

顶板突然大面积垮落在井下会造成很强冲击波危及作业人员生命安全，在井上会造成塌陷危及地表建筑物、构筑物和生产作业人员的生命安全。

中国专利申请号为：201210272008.4，申请日为：2012年07月31日，公开日为：2012年11月07日，专利名称是：一种地下工程岩体位移的反馈分析系统，该发明公开了一种地下工程岩体位移的反馈分析系统，其特征在于包括：岩体位移激光测量装置和围岩参数分析系统；岩体位移激光测量装置包括：作为收敛位移多个测点的反光片和激光仪定位装置；激光仪定位装置设置在围岩侧墙或者基坑附近平地上，反光片设置在围岩侧墙或者基坑侧壁上；围岩参数分析系统包括：输入模型尺寸接收单元、有限元网格预存单元和输入监测位移接收单元；以及对有限元网格预存单元和输入监测位移接收单元接收到的岩体位移数进行围岩参数反分析处理，最终获取围岩收敛位移信息的反分析运算单元该系统通过激光测距器对数据的保存和转移到数据处理器，采用网格预存技术和有限元反馈计算，可以迅速反分析获得围岩的参数。

上述专利文献虽然公开了一种地下工程岩体位移的反馈分析系统，只限于围岩收敛变形信息采集，没有解决采空区岩体信息采集，也不能实现采空区垮塌波及地表的预警预报；。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明在于提供一种监测岩体位移效果好，可靠性强，准确性高的一种基于光纤传感网络监测预警系统及方法。

为了实现本发明目的，可以采取以下技术方案：

一种基于光纤传感网络监测预警系统，包括至少一个传感器，该传感器设置在岩体表面上，所述传感器包括测点，该测点布置在不同深度采空区上覆岩体内，获取岩体位移信息；所述传感器通过光缆将岩体位移信息传输至解调仪；所述解调仪，用于将光信号转换为数字信号并传输至工控机；所述工控机，用于控制处理岩体位移信息；该工控机通过互联网将岩体位移信息传输至云平台；该云平台用于将信息保存并将该信息数据分析和运算。

所述传感器的测点是垂直布置在不同深度采空区上覆岩体内。

所述云平台包括动力灾害监控数据分析平台。

本发明另一目的，采取以下技术方案：

一种基于光纤传感网络监测预警方法，包括如下步骤：

步骤1)：将至少一个传感器的两个测点布置在不同深度采空区上覆岩体内，获取岩体位移信息；

步骤2):该传感器通过测点将获取的信息通过解调仪传输至工控机；

步骤3)：该工控机将控制处理后的信息传输至云平台，该云平台用于将信息保存并将该信息数据分析和运算。

步骤4):该云平台将运算后的信息推送给用户。

所述传感器的两个测点是垂直布置在不同深度采空区上覆岩体内。

所述云平台包括动力灾害监控数据分析平台。

所述云平台运算是基于以下公式进行运算得出结果：

v＝(l2-l1)/t1；

t2＝(l1-l0)*v；

v-深基点到浅基点变化速度(天)；

l0-地面海拔标高m；

l1-浅基点埋深m；

l2-深基点埋深m；

t1-深、浅基点触发时间(天)；

t2-波及地表时段(天)。

本发明提供的技术方案的有益效果是:1)本发明在不同垂直深度或岩性岩体中布置测点，通过两个测点岩体变化的时间计算岩体位移速度，利用岩体变化速度计算波及地表时段，克服了地面设观察点观察岩体变化滞后的缺陷，实现了岩体移动风险预报、危险预警；2)本发明传感器采用光纤传感技术，不会因环境湿度、温度、电磁干扰和雷电影响监测精度，此特点优于电子传感器并且比电子传感器寿命长；3)本发明通过光缆传输信息，传输距离长，抗干扰性强，稳定性好，性好损耗小，此特点优于电子传感器。

附图说明

图1为本发明实施例基于光纤传感网络监测预警系统网络示意图；

图2为本发明实施例基于光纤传感网络监测预警系统方框图；

图3为本发明实施例基于光纤传感网络监测预警系统监测点布置剖面图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对发明作进一步详细的说明。

实施例1

参看图1，图2，图3，该一种基于光纤传感网络监测预警系统，包括至少一个传感器1，每个传感器1布置两个测点，该传感器1的两个测点布置在不同深度采空区上覆岩体内，获取岩体位移信息；所述测点实际上是金属体，该金属体通过金属丝与传感器1连接，当岩体位移时，埋设在岩体内的金属体通过金属丝将岩体位移信息传输至传感器1；该传感器实际上是测量工具。

所述传感器1通过光缆2将岩体位移信息传输至解调仪3；所述解调仪3，用于将光信号转换为数字信号并传输至工控机4；所述工控机4，用于控制处理岩体位移信息；该工控机4通过互联网5将岩体位移信息传输至云平台6；该云平台6用于将信息保存并将该信息数据分析和运算，并将相关信息推送给客户。

优选地，所述传感器测点是垂直布置在不同深度采空区上覆岩体内；实际上，一个传感器中按照安设两个测点，该测点布置在不同深度采空区上覆岩体内，获取岩体位移信息。

优选地，所述云平台包括动力灾害监控数据分析平台。该数据分析平台对监测数据进行存储、查询、统计、分析、运算、推送等，具有位置显示、布局监控、选择监控、异常告警、数据查询、统计分析、设备管理、系统管理八大功能。

本实施例中，所述传感器1通过光缆2将岩体位移信息传输至解调仪3；所述解调仪3，用于将光信号转换为数字信号并传输至工控机4；所述工控机4，用于控制处理岩体位移信息；该工控机4通过互联网5将岩体位移信息传输至云平台6；该云平台6用于将信息保存并将该信息数据分析和运算。

本实施例中，所述云平台6经过运算分析后，得出的结果可以实现预报预警；本发明将所监测区域内的地图信息与各监测点地图信息相对应。

实施例2

参看图1，图2，图3，与上述实施例的不同之处在于，一种基于光纤传感网络监测预警方法，包括如下步骤：

步骤1)：将至少一个传感器两个测点布置在不同深度采空区上覆岩体内，获取岩体位移信息；

步骤2):该传感器通过测点将获取的信息通过解调仪传输至工控机；

步骤3)：该工控机将控制处理后的信息传输至云平台，该云平台用于将信息保存并将该信息数据分析和运算。

步骤4):该云平台统计分析和运算后的信息推送给用户。

优选地，所述传感器测点是垂直布置在不同深度采空区上覆岩体内。

优选地，所述云平台包括动力灾害监控数据分析平台。

所述云平台运算是基于以下公式进行运算得出结果：

v＝(l2-l1)/t1；

t2＝(l1-l0)*v；

v-深基点到浅基点变化速度(天)；

l0-地面海拔标高m；

l1-浅基点埋深m；

l2-深基点埋深m；

t1-深、浅基点触发时间(天)；

t2-波及地表时段(天)。

本实施例中，采空区垮落上覆岩体变化规律是有深到浅，由此测点l2首先变化，然后l1测点发生变化，l2～l1变化的距离与时间关系是位移速度v，位移速度v与l1～l0距离关系是波及地表的时段。将测点布置在一定区域内，测点变化将通过云平台6运算实现监测预警。

本发明通过地面钻孔施工，在不同垂直深度或岩性岩体中布置测点，通过两个测点岩体变化的时间计算岩体位移速度，利用岩体变化速度计算波及地表时段，克服了地面设观察点观察岩体变化滞后的缺陷，实现了岩体移动风险预报、危险预警；所述测点采取单孔双点布置，测点布置在一定深度，准确计算岩体变化速度。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。