[发明专利]布里渊‑拉曼融合的矿井支护墙温度应变检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿井支护墙检测方法和装置，尤其是涉及一种布里-渊拉曼融合的矿井支护墙温度应变检测方法及装置。

背景技术

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭在我国能源结构中占有重要地位，约占70％。从目前我国能源现状、经济发展水平和世界能源格局来看，在相当长的时间内，我国以煤炭为主要能源消费结构的格局难以改变。据2015年数据显示，虽然我国的煤炭产量占到世界煤炭产量的47％。

然而，我国煤矿生产以及检测设备相对落后且管理不规范，传统的矿井安全检测装置由于布线繁琐、易受干扰、易被腐蚀等原因，无法实现大范围分布式安全检测，因此无法对矿井坍塌、煤炭自燃等险情进行及时有效地预警，致使我国煤矿事故死亡人数在世界所有产煤国家中也是高居榜首。其中，由于支护墙压力过大造成的坍塌事件及温度过高造成的煤炭自燃事件最为常见，所占比例是造成矿井停产事故总和的93％以上。上述问题，尚无便捷有效的方法解决。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种布里渊-拉曼融合的矿井支护墙温度应变检测方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明中的DFB激光光源接第一分束器输入端连接，第一分束器分出的两束光一束接电光调制器输入端，另一束接第三分束器一个输入端；电光调制器输出端接第二分束器输入端，第二分束器分出的两束光一束接扰偏器输入端，另一束通过偏压自动控制装置，偏压自动控制装置控制电光调制器；扰偏器输出端接第一光开关一个输入端，LD激光光源接入第一光开关另一个输入端，第一光开关输出端接第一环形器输入端，第一环形器的一路输出接第三光开关输入端，另一路接第二光开关输入端；第三光开关与传感光纤的两个端口相连；第二光开关的一个输出端接直接检测模块，另一个输出端经过掺铒光纤放大器后接第二环形器输入端；第二环形器的一路输出端接光纤光栅滤波器，另一路输出端接第三分束器另一个输入端；第三分束器的输出端接相干检测模块输入端，直接检测模块输出端、相干检测模块输出端接数据采集卡的不同通道，数据采集卡将数据传给计算机。

传感光纤采用的铠装单模光纤，在巷道内铺设时采用的是双端铺设、双端采集的方式，即传感光纤的两个端口都接在装置上，通过第三光开关切换传感光纤的两个输入/输出端口，实现双端入射和双端采集，即使光纤中间断裂，断裂位置两端信号仍能正常传输。传感光纤的中间传感部分用黏合剂分别固定在巷道两侧的支护墙表面，并且两个固定点之间的光纤要求呈拉紧状态，根据每个作业巷道的预掘进距离，预留出相应长度的光纤捆，随着作业巷道的掘进进行铺设。

利用上述装置进行矿井支护墙压力和温度检测的方法如下：打开DFB光源和LD高速脉冲光源，通过控制第一光开关来切换注入传感光纤的脉冲光光源，通过控制第三光开关来切换传感光纤的两个入射端口，通过控制第二光开关来切换进入两个检测模块的反射信号，其中第一光开关和第二光开关的通道切换频率相同，且相同通道的开关状态也相同，第三光开关的通道切换频率是第一光开关和第二光开关的两倍；数据采集卡的两个通道分别采集两个检测模块的信号，先根据直接检测模块检测出来的拉曼散射信号解调出传感光纤上的温度信息，在根据相干检测检测出来的布里渊散射信号、已解调出来的温度信息和传感光纤的温度敏感系数和应变敏感系数解调出传感光纤上的应变信息，实现温度和应变的同时检测。温度和应变的解调公式如下：

其中，C_RT是拉曼散射的温度系数；C_vT是布里渊散射频移的温度系数；C_vε是布里渊散射频移的应变系数，不同光纤，这三个系数都不同，可通过标定测得。

与背景技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明中的一种布里渊-拉曼融合的矿井支护墙压力温度检测装置可以同时实现井下沿传感光纤铺设方向上温度和压力的实时检测。

2.装置中的传感器和信号传输介质是同一根光纤，布线简单方便，且具有光纤的抗腐蚀、抗电磁干扰等优点。

3.传感光纤采用的黏合剂固定的方式，铺设固定简单，可跟随巷道的掘进实现跟踪检测。

4.由于传感光纤是连续的，在光纤铺设范围内可实现大范围分布式检测。

5.传感光纤相比于传统的电学式传感器在矿井下是本安防爆的，可以避免因电火花引发的瓦斯爆炸事故。