[发明专利]一种光纤嵌入式柔性杆体感测巷道围岩变形的方法及系统有效

专利信息
申请号: 202110041909.1 申请日: 2021-01-13
公开(公告)号: CN112880580B 公开(公告)日: 2022-06-03
发明(设计)人: 和树栋;张庆华;赵旭生;李明建;宁小亮;刁勇;马国龙;谈国文;乔伟;张轶;张士岭;姚亚虎;赵吉玉;徐雪战;廖成;罗广;蒲阳;岳俊;崔俊飞;宋志强;覃木广;唐韩英;万志茂 申请(专利权)人: 中煤科工集团重庆研究院有限公司
主分类号: G01B11/16 分类号: G01B11/16;E21F17/18
代理公司: 北京同恒源知识产权代理有限公司 11275 代理人: 杨柳岸
地址: 400039 *** 国省代码: 重庆;50
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摘要:
搜索关键词: 一种 光纤 嵌入式 柔性 杆体感测 巷道 围岩 变形 方法 系统
【说明书】:

发明涉及一种光纤嵌入式柔性杆体感测巷道围岩变形的方法及系统,属于煤矿围岩监测领域。该方法为:步骤一:构造应变感测光纤;步骤二:构造光纤嵌入式柔性杆体;步骤三:形成多维立体光纤布置工艺;步骤四:构建围岩变形实时监测系统;步骤五:将监测得到的应变变形量与定点数据校正后,计算得到失稳危险系数S、日变形量Td、变形速率V;步骤六:判定围岩所处状态并发出预警。本发明能够实现围岩变形“点”观测向“面”监测的重大转变,监测数据实时采集传输、分析预警,巷道围岩变形全方位、连续监测以及对围岩稳定状态的智能判识与预警。

技术领域

本发明属于煤矿围岩监测领域,涉及一种光纤嵌入式柔性杆体感测巷道围岩变形的方法及系统。

背景技术

由围岩冒落、离层引起的安全隐患是矿井最为常见的隐患类型之一,严重威胁着矿井的安全生产。长期以来,针对巷道围岩的观测主要是采用“点布置”的方式对离层、支护体受力进行观测,虽然在一定程度上便于及早发现围岩失稳征兆,避免顶板事故的发生,但是其在实际应用中的局限越来越明显,比如:点观测的方式不能够实现顶板隐患的全覆盖、观测仪器受井下潮湿、电磁环境影响较大、观测数据的获取主要靠人工读取记录、数据获取及分析的时效性较差等等。

因此,针对传统围岩观测存在的不足,有必要研究一种光纤嵌入式柔性杆体全时空感测巷道围岩变形的方法及系统,实现对巷道围岩全面系统的分布式监测,监测数据实时通过井下环网传输至地面进行分析预警,巷道围岩变形全方位、连续监测以及对围岩稳定状态的智能判识与预警,实现煤矿井下围岩变形由传统“点”观测向“面”监测的转变。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种光纤嵌入式柔性杆体感测巷道围岩变形的方法及系统,实现对巷道围岩全面系统的分布式监测,监测数据实时通过井下环网传输至地面进行分析预警,实现围岩变形“点”观测向“面”监测的转变,实现对围岩安全状态的实时评判、分级预警,并为预防煤矿顶板事故及隐患提供科学方法与先进技术保障。

为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种光纤嵌入式柔性杆体感测巷道围岩变形的方法,该方法包括以下步骤:

步骤一:在光纤上间隔一定距离均匀刻栅,设计光栅植入式应变传感器、光栅植入式温度补偿传感器,构造应变感测光纤;

步骤二:将应变感测光纤用耐高温、抗拉强度大的复合材料进行紧密包裹,使两者形态相互适配,构造光纤嵌入式柔性杆体;

步骤三:采用立体“Z”字形布设方式将磁性圆环均匀固定在锚杆、钢带和锚网支护体上,将光纤嵌入式柔性杆体穿过磁性圆环并与围岩紧密贴合,形成多维立体光纤布置工艺;

步骤四:将应变感测光纤与复合调制解调仪器、井下分站、本安电源、交换机和地面监测系统连接,构建围岩变形实时监测系统;

步骤五:将监测得到的应变变形量与定点数据校正后,通过平面几何关系、积分运算转换为光纤的轴向拉伸变形,监测数据通过井下环网传输至地面监测系统,计算得到失稳危险系数S、日变形量Td、变形速率V;

步骤六:采用失稳危险系数S、日变形量Td、变形速率V、日变形量临界值Tl、变形速率临界值Vl综合判定围岩状态及预警等级;

失稳危险系数S∈[1,∞)或日变形量Td∈[Tl,∞)或变形速率V∈[Vl,∞)时,判定围岩处于失稳状态并发出“红色预警”;

失稳危险系数S∈[0.8,1)或日变形量Td∈[0.8Tl,Tl)或变形速率V∈[0.8Vl,Vl)时,判定围岩处于临界失稳状态并发出“橙色预警”;

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