分布式光纤测温技术在煤矿采空区中的应用.pdf

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1、能源技术与管理2015年第40卷第4期18EnergyTechnologyandManagementV01．40No．4doi：l0．3969／j．issn．1672-9943．201504．007分布式光纤测温技术在煤矿采空区中的应用张灿明，周孟颖，岳宗敏，马驰(安徽省煤炭科学研究院，安徽合肥230001)[摘要]介绍了分布式光纤测温的原理及系统的组成，对引起采空区自然发火的条件之一的温度进行检测和高温预警，对采集数据进行处理分析，结合煤矿的束管检测技术，使得煤矿采空区火灾预警系统更加完善、可靠。[关键词]分布式光纤；测温；采空区；火灾预警[中图分

2、类号]TD752．1[文献标识码]A[文章编号]Stokes光强；，0为入射光强度；Ks、K分别为与光0引言纤内径有关的散射系数；B为后向散射系数Us、矿井火灾是煤矿的主要灾害之一。在矿井火分别为散射光频率；or。、O／s分别为传输损耗系灾中，大部分都是由内因引起。内因火灾通常是征数；为开始测温处的距离；AT为拉曼频移波数；兆不明显，不易早期发现；空间狭小，难于扑灭。采h为普朗克常数；为玻尔兹曼常数；T为距离，J空区煤层自燃属于内因火灾的一种]。在这种情处的温度值。况下，分布式光纤测温系统对矿井火灾的检测及为了减少外界因素对监测精度的影响，参考预警技

3、术应运而生。分布式光纤传感器与传统传信道选择Stokes光，式(1)、式(2)的比值可以消除感器相比有以下优势：连续分布式测量、本安型、共同的应用因素引起的误差，得到光纤距离始端抗电磁干扰、测量距离长、精度高、成本低等[2-3]。处温度信息)：文章主要介绍分布式光纤测温系统对矿井采)=K／(t，／)4exp(一hAT／KT)×空区温度的检测，为采空区自然发火的预警提供expl一(一O／s)LJ(3)一种检测手段。目前，该系统在煤矿中是一个崭新当系统处于参考温度时：课题，具有广阔的应用前景和推广意义。To)=K／K(／Us)4exp(一hAy／KTo)

4、×exp[-(Oe一)](4)1分布式光纤测温原理式(3)、式(4)相比可以得到距始端处局部分布式光纤测温系统可以实时测量温度场分温度71：布的系统，每个通道使用单根感温光纤就能完成温度的测量和数据的传输。温度监测原理是光纤争=奇～hc'ay一’In(5)中散射的斯托克斯(Stokes)和反斯托克斯(Anti—分布式光纤可以通过公式(6)计算出到发射端的距离：Stokes)的光强发生变化[2]，利用Stokes与Anti—Stokes光强的比值解算出所测温度场的温度值。L=(cxt)／(2)(6)系统的定位依据光时域反射定位技术完成。式中：c为光速；

5、t为光发射后到接受到信号Stokes光强表达式为：的总时间；Ion为被测光纤的折射率。()=)Bv,4expl一(o+)L]X[1-exp(hcAy／2分布式光纤测温系统的组成KT)](1)Anti—Stokes光强表达式为：矿用光纤分布式温度监测装置适应于各种恶()=，_B4exp[一(0+)]X[exp(hcAy／劣环境下的温度测量。装置电源为AC127V、电流KT)(2)4A、电压波动范围75％一110％、频率48～52Hz。系式中：(T)为Stokes光强；(T)为Anti一统以光纤为传感器，可实现测量范围内的温度监测。系统具有仪器装置和传感

6、器工作状态显示指示灯和输出信息。系统可以实现设备故障、传感器基金项目：安徽省科研项目(省财企图01411262号)2015年8月Aug．'2015张灿明，等分布式光纤测温技术在煤矿采空区中的应用19故障、温度报警的控制信号输出。数据可通过将铠装的分布式光纤布置在采空区，对被监控区RJ45接口或光纤端口进行数据传输。设备与矿用域的温度进行连续、实时监测，并能定位高温点的传输接口之间的最大距离20km；设备与传感器位置，为火灾的防治提供准确的数据。采集的数据之间最大传输距离8km(矿用光缆传输信号)。通通过以太网传输到地面的监控中心站。道数量1～l2路，

7、可根据需要进行设计。温度测量光纤在测点处所测结果呈现出先上升后下降精度±2oC；定位精度≤2m；测量时间5s／路。的趋势，当埋深达到一定深度后，采空区温度接近分布式光纤测温系统的结构如图1所示。原岩温度最终趋于稳定。进风巷道平均温度和最高温度分别为26．1℃、27．9℃，回风巷道的平均温信=度和最高温度分别为29．6℃、30．6oC。进风侧及息处糖传感f光、纤回风侧的温度变化曲线分别如图2、3所示。理40电路一氮魑2001002oo3004OO50o607of)l路模块测点距离『m图1分布式光纤测温系统的结构图2进风侧温度变化其结构组成有：①主机：采

8、用微型计算机，硬4O件配置为Pentium1．7及以上PC处理器、256MB越20及以上主存储器、10GB以