[发明专利]矿用光纤温度传感器探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于煤矿井下煤层及岩石温度检测的光纤传感器探头，该传感器便于携带和安装，能够完成井下岩层、特别是深层岩层的温度检测。

背景技术

近几年来，随着我国经济的快速迅猛发展，越来越多的环境以及安全生产问题也不断出现。近几年来我国煤矿矿山频频出现伤及人身安全的大型安全事故，突水、瓦斯爆炸、煤矿火灾、顶板塌陷等安全事故时有发生。要维护正常的生产生活，就必须对这些问题进行有效的解决。温度检测是能够及时发现矿井内部特别是煤层和岩层内部问题的一大关键技术之一，通过煤矿煤层岩层的温度变化可以发现隐藏在内部的一些安全隐患，例如，通过温度检测，可以发现是否有深层煤层岩石内部漏水透水的隐患，能够起到及时预警；一些专家通过温度检测获知判断是否有瓦斯突出前兆；也有人通过内部煤层温度来判断井下煤层自然发火情况等等。

光纤传感器是近几年发展起来的新兴技术，特别是基于光纤布拉格光栅的温度传感器应用已经达到成熟，被市场广泛认可。光纤传感器在煤矿的应用在近几年刚刚起步，目前也有一些相关报道，光纤传感器无需供电，不带电，本质安全，这也是它在矿井内所具有的独特优势，因此具有广阔的发展潜力。然而由于光纤温度传感器在煤矿中的应用起步较晚，实际应用经验积累较少，实际应用中还存在很多不足之处。当需要检测深层煤层的温度时，首先需要在岩层上钻孔，常见的3-5米，然后将传感器从孔洞中插入，传感器使用锚杆或者钢管保护以免在空洞中断裂。因此，传统用法必须保证钻孔较直，当检测深度要求很深时，传感器尺寸（长度）大大增加，在空间狭小的矿井内携带和安装都十分麻烦。本专利从实际应用出发，设计了一种便于携带、安装的传感器设计，并大大降低了钻孔要求，实用性非常强。

发明内容

本发明设计一种专门用于井下煤层岩层温度检测的光纤传感器探头，该探头设计结构能够满足温度检测，同时还携带方便，安装简单，稳定可靠等优点。

本方案所采用的技术措施是：一种矿用光纤温度传感器探头，它包括一端开口且内置有光纤光栅的感温区外壳，与光纤光栅连接的光纤，套装在光纤外并与感温区外壳固定连接的锚头，锚头的另一端与蛇管的头部固定连接，所述蛇管是可自由弯曲但是不能扭动的蛇管。

  本方案的具体特点还有，所述锚头外壁设置突刺。在蛇管上固定设置固定膨胀装置。

所述固定膨胀装置包括带内螺纹的中空胀管，带有外螺纹且末端开槽的中空大头螺杆，所述螺杆和胀管均套装在蛇管外壁上，所述胀管的内孔末端与螺杆上开槽部分的结合部呈截圆台状，所述胀管前端管壁上开槽。既能够固定蛇管，又能够将传感器固定在煤层钻孔内。当螺杆拧紧时，胀管左端膨胀，可以紧固在钻孔上，由此使得传感器被固定在岩壁上。螺杆末端设计为开裂结构，当被拧入胀管后，开裂部分被压紧，从而将穿过螺杆内孔的蛇管紧箍住，起到固定蛇管的作用。

在蛇管尾部设置光缆保护壳，在光缆保护壳上设置出纤缓冲头。由于该保护壳的存在，使得传感器出纤光缆被保护，同时光缆可以在保护壳内盘绕，优化出纤长度。所述缓冲头用于保护光缆不受剪切力折断。锚头上设计有突刺，在固定传感器时，锚头突刺可以将锚固剂外包刺破，并随着蛇管旋转扭动，搅拌锚固剂，使得锚固剂将传感器测温部分与深层岩石很好地胶固在一起。

本方案的有益效果是：所述蛇管可以360度自由弯曲，但是在扭动传感器时，能够带动锚头一起整体扭动，用于保护光纤不受钻孔破坏；同时，由于蛇管的采用，使得整个传感器能够弯曲成盘，便于携带；此外，在安装过程中，蛇管在钻孔内能够根据空洞形状弯曲，便于安装，减小了实际的安装操作难度，也降低了钻孔要求。

附图说明

图1是传感器结构示意图；图2是固定膨胀装置结构示意图；图3是安装示意图；图4是感温区结构示意图；图中：1-感温区；2-锚头；3-蛇管；4-固定膨胀装置；5-光缆保护壳；6-出纤缓冲头；7-螺杆；8-胀管；9-内孔；10-岩层；11-传感器出纤盒；12-传感器；13-锚固部分；14-膨胀紧固区；15-传感器光缆；16-主光缆；17-感温区外壳；18-光纤光栅固定底座；19-光纤；20-光纤光栅。

具体实施方式