[发明专利]煤矿孔中瓦斯多参量监测装置及方法

权利要求书

1.一种煤矿孔中瓦斯多参量监测装置，包括孔内系统和地面系统，孔内系统和地面系统通过多芯光缆进行通信，其特征在于：

所述孔内系统包括通过光纤并联设置的n个多参量传感器，孔内所有光纤一体化，采用铠装工艺形成多芯光缆；所述地面系统包括3个激光发射光源和1个泵浦光源，激光发射光源分别为发射光源一、发射光源二和发射光源三，所述地面系统还包括信号处理模块、数据处理模块、解释模块和显示模块；

所述地面系统还包括信号处理模块和数据处理模块，所述信号处理模块包括光电探测器组、前置放大器组和锁相放大模块，所述数据处理模块包括瓦斯浓度解算、瓦斯流量解算、温度解算和负压解算四部分，瓦斯浓度解算基于比尔朗伯定律，调制光源一的光谱覆盖瓦斯吸收峰，发射光源经过气室多次反射后，光强产生衰减，根据输入光强和输出光强即解算出气室处的瓦斯浓度；瓦斯流量解算基于热线测风原理，掺杂光纤在泵浦光源的抽运下，将光能转换热能，使得光纤光栅升温，当孔内瓦斯通过流量传感器时，发生对流传热，热量散失从而光纤光栅降温，通过解算光纤光栅的波长漂移量推算出温度变化量进而解算该点处瓦斯流量；温度解算是通过检测温压传感器中光纤光栅测温模块的反射波长变化，推导该点处的温度值；负压解算是通过测量温压传感器中MEMS法珀腔测压模块返回干涉信号的强度变化推导出MEMS法珀腔长度L的变化，从而解算出该点负压值。

2.如权利要求1所述的煤矿孔中瓦斯多参量监测装置，其特征在于：所述多参量传感器的底部固定于铠装光缆结构表面凹槽处，多参量传感器包括传感器外管、光纤接头、温压传感器、流量传感器和气室。

3.如权利要求2所述的煤矿孔中瓦斯多参量监测装置，其特征在于：所述多参量传感器外管为不锈钢支架，并将纳米防水透气膜固定于传感器支架的镂空处。

4.如权利要求2所述的煤矿孔中瓦斯多参量监测装置，其特征在于：所述光纤接头包括光缆分路器，将4根光纤分别通过分路器连接气室的气室光纤接头、温压传感器光纤接头、流量传感器掺杂光纤接头和流量传感器光纤光栅接头。

5.如权利要求2所述的煤矿孔中瓦斯多参量监测装置，其特征在于：所述温压传感器固定于多参量传感器外管的左下方支架内部，包括光纤光栅测温模块和MEMS法珀腔测压模块，MEMS法珀腔测压模块位于温压传感器顶端，MEMS法珀腔测压模块包括硅膜片、法珀腔、镀膜、玻璃基底、光纤头和UV胶，所述玻璃基底的一端设有法珀腔和膜片，所述硅膜片覆盖玻璃基底的表面及法珀腔的开口，所述玻璃基底的另一端设有光纤头和UV胶，所述光纤头通过UV胶设置于玻璃基底的一梯形槽内，所述光纤头连接温压传感光纤，且在温压传感光纤上刻蚀光纤光栅形成测温模块。

6.如权利要求2所述的煤矿孔中瓦斯多参量监测装置，其特征在于：所述流量传感器固定于多参量传感器外管的上方支架内部，包括一根普通的光纤光栅和一根掺杂光纤，两根光纤并联插入铜管内。

7.如权利要求2所述的煤矿孔中瓦斯多参量监测装置，其特征在于：所述气室固定于多参量传感器外管的右下方支架内部，所述气室包括吸收池腔体、准直器和气室光纤接头，所述吸收池腔体采用带孔铜质芯，且两端对称居中安装准直器。

8.如权利要求1所述的煤矿孔中瓦斯多参量监测装置，其特征在于：发射光源一、发射光源二和发射光源三，泵浦光源通过光纤分路器连接多芯铠装光缆。

9.如权利要求1所述的煤矿孔中瓦斯多参量监测装置，其特征在于：所述地面系统还包括解释模块和显示模块，所述解释模块实时分析数据处理模块的解算结果，对比瓦斯浓度、流量、温度和负压的变化关系，所述显示模块实时显示数据处理模块的解算结果，并绘制曲线。

10.一种煤矿孔中瓦斯多参量监测方法，其通过上述权利要求1-9中任一所述的煤矿孔中瓦斯多参量监测装置实现，其特征在于包含如下步骤：

步骤一：在实验室对孔内系统进行浓度和流量参数标定，并将标定系数输入到地面系统数据处理模块；

步骤二：将孔内系统连接至钻孔爬行器接头，开启爬行器电源并选择前进模式，拖拽孔内系统到达位置后爬行器断电，将孔内系统留置在钻孔内；

步骤三：封孔后，开启地面系统电源，发射光源，经过多芯光缆传到孔内系统，开始孔内瓦斯浓度、流量、温度和负压的监测；

步骤四：通过显示模块，实时观测孔内1、2…n每个区段的瓦斯浓度、流量、温度和负压的监测数据，并查询钻孔1、2…n每个区段的瓦斯监测历史数据并绘制曲线；

步骤五：通过解释模块，实时观察瓦斯浓度、流量、温度和负压的变化关系，分析钻孔内每个区段的瓦斯贡献量；

步骤六：监测结束，关闭地面系统电源，开启爬行器电源并选择后退模式，同时在孔口拖拽多芯光缆将孔内系统回收。