基于感温光纤技术的采空区火灾预警系统研究-论文.pdf

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1、中国科技信息2014年第O8期·CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYINFORMATIONApr．2o14推广技术基于感温光纤技术的采空区火灾预警系统研究张箫剑贺帅帅李含安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001摘要采空区遗煤自燃是煤矿内因火灾的主要原因，准确测量采空区的温度是预防内因火灾的关键。本文介绍了基于拉曼散射的分布式光纤的测温机理及系统的组成，并提出了一种新的煤矿采空区光纤安放形式，即沿工作面推进方张箫剑向“V”型布置，可以达到对采空区温度的网格式监测，提高了监测的有效范围和准确度。

2、通过用计算机比对煤氧化过程的温度变化曲线，达到临界报警温度时，发出报警信号，从而实现煤自燃发火的早期预警。关键词麓张男工究火箫大生灾，学防剑．现在研治为(读究理19安硕方论90徽士向与一理研技)为光纤测温；采空区；火灾预警；矿井火灾术。DOI：10．3969／j．issn．1001-8972．2014．08．076矿井火灾作为一种灾害事故，不仅造成生命财产损失其中P与va均为应变的函数。还损害了煤矿的形象。矿井火灾种类多种多样，其中以煤由上式可知，布里渊散射同时与温度和应力有关。将炭自然发火为主，有效地预防自然发

3、火对于确保煤矿安全温度和应力分开不容易，对于井下铺设的光纤，在施工过生产意义重大。当前，中国矿用火灾监测方法有标志气体程中或施工后，目前还做不到光纤完全不受力。因此，使分析法、热电偶测温法、红外探测法和电阻率法⋯，但都存用分布式布里渊温度传感器测量采空区内部温度时必然会在某些不足之处，均不能很好的满足井下火灾预测需求。受到压力的影响，不能准确测量采空区温度，难以实现火感温光纤技术作为一种新型的矿用测温技术，集传感和传灾预警的目的。输于一体，光纤既是感应器又是信号传输器。利用分布式分布式拉曼散射光纤测温法：当入射光

4、与晶格的极化态光纤传感系统，可实现远程实时监测温度，适用于易燃易量子能级发生能量交换时产生拉曼散射，入射光的能量发生爆，强电磁干扰，强腐蚀环境[2】。本文重点阐述分布式光纤改变，产生频移，频移的大小及其强度与物质的结构有关，测温技术在预测采空区遗煤氧化燃烧中的使用情况。拉曼散射主要用来研究物质的精细结构。拉曼散射强度与物质的绝对温度相关[3]，不受应力的作用，用光纤中的拉曼散1矿用分布式光纤测温技术的选择射作为反映温度变化的参量，可防止光纤中的应力对测量效应用广泛的光纤传感方式有三种：布拉格光纤光栅式果的影响。对

5、比上述两种光纤测温法，选用分布式拉曼散射测温法、布里渊散射光纤测温法、拉曼散射光纤测温法。光纤测温法对煤矿采空区遗煤自燃实施监控。三者中能实现分布式测温的是分布式布里渊散射光纤测温法和分布式拉曼散射光纤测温法。2分布式拉曼散射光纤测温原理分布式布里渊散射光纤测温法：介质因温度或应力的2．1后向拉曼散射效应波动致使介质密度的涨落而出现声子，当光子与声子碰撞激光脉冲在光纤中传播时，与光纤中石英分子发生时产生散射，即布里渊散射。其散射强度可用下式表示非弹性碰撞，会产生一个比光源波长长的光，称斯托克，r斯光，同时产生一个

6、比光源波长短的光，称为反斯托克‘In(1)斯光【。式中IB与IR分别为布里渊散射与瑞利散射的强度；斯托克斯光强：T为环境温度；。CN／Ix—exp(一△V／)J(2)Tf为材料构型平衡温度；反斯托克斯光强：pT为等温压缩系数；。cN／[exp(+△V／KT)一1J(3)P为材料密度；式中：h——普朗克常亮；va为声速；△v——拉曼频移；一207—推广技术[=[]国科技信息2014年第。8期‘CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYINFORMATIONApr．2014k一波尔茨曼常数；T——平衡态时的绝

7、对温度。N——体系分子数；由公式(2)和(3)可以看出斯托克斯散射的强度和反斯托克斯的强度都是绝对温度的函数。两者之比为：÷。Cexp(hA／盯)(4)』仍然是绝对温度的函数，即通过测量拉曼散射强度可以得到光纤所处位置的温度信息。对于距离光纤起始点L处的拉曼散射光子数可表示为：=~)exp卜(口。+“)L]]-exp(-hay／~：)(5)=exp【(a。+a。)L]——p~-hZX／盖卜一1(6)’图1分布式拉曼散射测温系统原理图ex式中：Ps一斯托克斯散射光子数；光脉冲，一路给数据采集卡作为同步信号，另一路触

8、发雪P～一崩二极管产生10iqs的电脉冲，使激光器发出激光信号，。反斯托克斯散射光子数；P——入射光子数；经波分复用器处理后传入感温光纤中。入射光与光纤中的Oi一一光纤的损耗；SiO，分子发生相互碰撞后生成不同于入射光频率的光(斯——托克斯光、反斯托克斯光)和同于入射光频率的光(瑞利。斯托克斯散射光在光纤损耗系数一一反斯托克斯散射光在光纤损耗系数；散射光)。利用波分复用器