基于光纤传感技术的煤矿井下安全监测报警方案

 基于光纤传感技术的煤矿井下安全监测及报警方案烟台睿创微纳技术有限公司2011-11-8基于光纤传感技术的煤矿几下安全监测及报警方案2目   录 一、温度监测与火灾报警系统...................................................................................3 1意义.....................................................................................................................3 2温度监测和火灾报警综合方案........................................................................3 3光纤光栅开关柜温度监测系统（RT2000）....................................................4 3.1系统组成..................................................................................................4 3.2系统特点................................................................................................5 3.3仪器外形与安装方式..............................................................................5 3.4系统指标..................................................................................................6 4采空区自燃发火检测........................................................................................6 4.1应用背景..................................................................................................6 4.2监测点的布设..........................................................................................7 4.3采空区用传感器主要参数......................................................................7 5电缆分布式光纤温度传感系统（RT6000）....................................................8 5.1应用背景..................................................................................................8 5.2系统参数..................................................................................................8 5.3系统特点..................................................................................................9 二、光纤顶板应力应变监测.....................................................................................10 1光纤应变传感器..............................................................................................10 2光纤位移传感器..............................................................................................11 三、光纤水文监测方案.............................................................................................11 1井下液位监测..................................................................................................12 2岩层水压监测..................................................................................................13 3井上水文监测..................................................................................................13 四、光纤震动监测.....................................................................................................14 1监测必要性......................................................................................................14 2主要技术方式和技术特点..............................................................................15 3系统性能指标..................................................................................................16 4传感器的安装方式..........................................................................................16 附件一公司简介.......................................................................................................17 附件二光纤光栅传感原理.......................................................................................17 附件三分布式传感系统原理...................................................................................20 基于光纤传感技术的煤矿几下安全监测及报警方案3一、温度监测与火灾报警系统1意义井下发生火灾，不仅会造成煤炭资源的损失、工程和设备的破坏，导致生产中断，而且更严重的是会直接威胁到矿工的生命安全。据统计，全国煤矿矿井火灾事故以死亡计算，火灾占1.52%，排在各类灾害最后，但在一次死亡3人以上的事故中，以死亡数计算，火灾事故却占3.72%，仅次于顶板、瓦斯、水害之后，位居第四。井下发火主要有内因和外因两方面的原因。内因是指煤炭自燃引起的火灾。外因是由于外来热源引起的，原因主要有：明火，如吸烟、电焊、电炉；电气火、电缆、开关、电机过负荷、短路、电火花；违规爆破；瓦斯、煤尘爆炸引起；机械摩擦及物碰撞可燃物引起。所以，对容易发生火灾的地方进行温度监测，可准确定位发火点并发出报警，也可根据监测点的温度值和温升情况判断发热点是否过热，提出预报预警，及时查找过热原因，处理事故隐患，避免造成损失。2温度监测和火灾报警综合方案分析仪光缆终端盒光缆分线盒光纤分路器上位机服务器与数据存储巷道温度传感器开关柜温度传感器风机温度传感器皮带机温度传感器多芯光缆采空区温度传感器图1光纤温度监测网络光纤温度监测网络如图1所示，其中包括巷道、开关柜、大型风机、皮带机、基于光纤传感技术的煤矿几下安全监测及报警方案4采空区等温度点的监测及报警，每个测温处与光纤分路器相连，然后连接到光纤分线盒，形成传感网络，最后通过主光缆和光缆终端盒接入光纤温度分析仪，实现温度点的综合实时监测。分析仪可通过TCP/IP协议与上位机通讯，用上位机软件可对发热点进行准确定位和报警，把实时检测到的温度存储到服务器或数据库中，可随时查看数据并能形成年月日报表，有利于分析和监测设备运行状态，能够及时掌握采空区的温度情况，防止自然发火事件的发生。在采空区和电缆接头等如有火灾发生可及时报警，并能准确定位，为事故处理提供及时准确的信息，提高效率。3光纤光栅开关柜温度监测系统（RT2000）3.1系统组成图2开关柜测温系统图系统主要有光纤光栅温度解调仪、光缆终端盒、传输光缆、光纤光栅温度传感器组成，各部分的主要功能为：光纤光栅温度传感器：布设在开关柜内静触点上，用于采集温度信号；单芯光缆1分12光纤分线盒高压开关室在线监测仪开关柜变电站控制室现场监控中心基于光纤传感技术的煤矿几下安全监测及报警方案5光纤终端盒：传输光缆与传感器尾纤或解调仪连接的终端；传输光缆：光信号传输；光纤光栅解调仪：解调光纤光栅中心波长的变化。3.2系统特点a测量高精度；b系统可靠高性；c测量速度快；d1～64通道容量可平滑扩展；e定位准确；f实时在线监测，事故报警及时。3.3仪器外形与安装方式光纤光栅温度解调仪机箱是4U尺寸，可以固定到19英寸机柜内。光纤光栅温度传感器安装到开关柜内的静触点接头处，如图4所示。图3光纤光栅温度在线监测仪图4安装位置基于光纤传感技术的煤矿几下安全监测及报警方案63.4系统指标表-1：光纤温度分析仪主要指标：名称单位参数值基本参数光通道数个1～32每通道测点数个12～18通道采样频率Hz15；波长测量范围nm1525～1565波长分辨率pm1波长精度pm±5动态探测范围dB40dB测温精度℃±0.5工作温度范围℃0～40传输距离km40电源VAC220计算机接口-以太网软件-基于WINDOWS操作系统表-2：温度传感器名称单位参数值量程℃-30～+120防爆类型本安型温度分辨率℃0.1测温精度℃±0.3光栅中心波长nm1525～1565光栅反射率-≥90％规格尺寸mmΦ6mm×40mm安装方式表面黏贴封装方式非金属导热耐污耐压封装适用场合-开关柜、机电设备等传感头尾纤单端Φ3mm耐高温防污光缆图4单端光纤光栅温度传感器实物图4采空区自燃发火检测4.1应用背景基于光纤传感技术的煤矿几下安全监测及报警方案7煤层自然发火是煤矿的主要灾害之一。绝大部分自然发火发生在采空区、巷帮破碎煤柱及充填工作面采空区内。近年来,综采放顶煤技术的推广应用,对实现高产高效起到了重要作用,取得了良好的经济效益。但是,综放面采空区浮煤厚度大,尤其是采空区遗煤厚度大，自燃危险性增大。因综放面产量大、设备精，一旦自燃，所造成的经济损失非常大。煤的自然发火,95%以上在采