[实用新型]一种矿山竖井变形光纤监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种监测矿山竖井变形的装置，属于检测仪器设备技术领域。

背景技术

竖井工程是从地表向下延深的垂直的矿山结构，在施工期间借助吊盘进行掘进施工和围岩支护。一旦竖井投入使用，人员难以直接近距离接触实施变形监测。不仅传统的收敛变形监测、激光测距仪等监测技术难以开展测量，而且竖井结构环境恶劣，传统的传感器也难以适应工作条件。一旦传感器被破坏难以恢复。由此可见。竖井工程变形监测是一项十分困难而又艰巨的研究工作。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种能够对矿山竖井变形进行实时、远距离、自动高精度监测的矿山竖井变形光纤监测装置。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种矿山竖井变形光纤监测装置，它由传感部分、传输光纤和光纤光栅解调仪组成，传感部分安装在矿山竖井从地面打孔灌浆加固时的多个钻孔内，传输光纤两端分别与传感部分和光纤光栅解调仪相连接。

上述矿山竖井变形光纤监测装置，传感部分是每个钻孔内分别布置两根单模应变光纤和一根凯拉式光纤。

本实用新型的有益之处在于：在已经发生变形灾害的竖井工程中，不仅监测环境恶劣，施工条件困难，每个竖井的变形破坏机理和受力环境存在很大差异。特别是当竖井已经完工，吊盘已经拆除，已经失去了井壁安装传感器的最佳时机时，本实用新型能够借助于锚索钻孔工程，在钻孔内埋设BOTDR分布式光纤传感器，由此监测竖井围岩的变形，实现对竖井的安全监测和风险预测。

附图说明

图1是本实用新型的结构方框图。

图中标记如下：光纤光栅解调仪1、传输光纤2、传感部分3。

具体实施方式

本实用新型适用于在竖井已经出现变形的情况下，在对井筒进行加固维修时，可采取井围岩锚索加固钻孔的光纤埋设和变形监测，以提高竖井的稳定性。这时一般采用在竖井围岩从地表打下向钻孔注浆和锚索进行围岩加固处理，借助于锚索钻孔工程，在钻孔内埋设了BOTDR分布式光纤传感器，由此监测风井围岩的变形，实现对竖井的安全监测和风险预测。

分布式光纤和点式光栅技术均为先进的光传感技术，主要差别为终端探测器件。分布式采用连续式光纤，而光纤光栅技术采用点式传感器。把探测光纤和光栅传感器安装被测结构体表面，便能够使监测系统感知和处理信息，并执行处理结果，对环境的刺激作出自适应响应，使离线、静态、被动的检测变为在线、动态、实时、预警、主动监测与控制，实现增强结构安全、减轻质量、降低能耗、提高结构性能等目标。由于光纤径细，柔韧，质轻，具有优良适应性，结合光栅传感器的超高精度和灵敏性，能集信息传输与传感于一体，便于实现分布式传感或多点传感器的重复使用，宽频带与高的数据传输率，即使在强风、强腐蚀、强磁场、有爆炸性气体等恶劣环境下，也能够进行高精确度、高速度和安全的远距离检测等优良特性，已成为智能结构首选的信息传输与传感载体——光纤智能结构。

采用光纤传感技术进行结构变形监测具有如下优点：

(1)不受电磁场的干扰，电绝缘性好，耐潮湿耐化学侵蚀等恶劣环境；

(2)质量轻，体积小，对结构影响小，易于布置；

(3)实现分布式测量，监测面全面；

(4)监测的量是波长信息，因此不受接头损耗、光路损耗因素的影响，对环境干扰不敏感；

(5)单位长度上信号衰减小，可实现长距离集中监控；

(6)灵敏度高，精度高；

(7)使用寿命长。

根据加固工程的情况，分布式光纤监测方案如下：

1、根据灌浆钻孔设计，分别在钻孔安装了分布式光纤，孔内光纤长度根据注浆孔深而定，每个孔内分别布置两根单模应变光纤和一根凯拉式光纤。

2、由于施工现场环境复杂，在每个钻孔分别安装了光纤。在钻孔安装结束，在地面布设了主光缆把传输光纤2引入了控制室，与光纤光栅解调仪1连接，最终形成了已经变形的竖井围岩变形监测系统。

3、在监测网络形成后进行测试，结果显示钻孔内光纤的有效长度最长和监测系统的工作状态。

4、从测试数据显示分析竖井的变形状况。

光纤光栅解调仪内置超辐射宽带光源，通过光机模块将光源耦合到现场光纤光栅传感器。现场光纤光栅传感器所反射的各中心波长再次反射回光机模块，光机模块将反射信号送入波长检测单元，在波长检测单元中通过FP扫描技术感知各传感器反射的中心波长值，比较各传感器中心波长的变化量推算被测物理量。光纤光栅解调仪最后将被测物理量数值输出并显示。

本实用新型的一个实施例采用的是光纤光栅FBG传感器和AQ8603光纤应变分析仪。