The invention discloses a coal seam gas dynamic safety evaluation system based on the distribution measurement of optical fiber sensor array, which comprises an optical fiber sensor array, a processing device and a three-dimensional reconstruction and display system for regional gas dynamic pressure data. For optical measurement signal sent to the processing device; processing device for spectral parameter analysis to get optical parameters and data encapsulation, and then transmitted to the regional gas dynamic pressure data three-dimensional reconstruction display system; regional gas dynamic pressure data three-dimensional reconstruction display system, used to analyze optical parameters and carry out the region. Domain 3D graphics reconstruction and gas distribution safety evaluation. The invention can measure the gas pressure parameters of each detection point in the monitoring area in real time and carry out three-dimensional visualization graphics through a distributed optical fiber measurement array, thus providing a scientific basis for the prediction and early warning of gas pressure in coal mines.
【技术实现步骤摘要】
基于光纤传感阵列分布测量的煤层瓦斯动态安全评测系统
本专利技术涉及一种煤层瓦斯压力评测系统，尤其涉及一种基于光纤传感阵列分布测量的煤层瓦斯动态安全评测系统。
技术介绍
煤炭能源长期占据我国能源生产和消费的主导地位，但是煤层瓦斯时刻威胁着作业人员的生命和生产系统的安全，瓦斯灾害事故的防治是煤矿安全生产的重中之重。受煤层地压和煤层地质条件的影响，煤炭生产过程中，煤层瓦斯压力动态变化，如果监测和处理不到位随时有瓦斯突出和瓦斯爆炸的危险。煤层瓦斯压力的实时评测则是辨识和预防瓦斯灾害的“避雷针”，其测定工作是一切瓦斯防治措施的基础。关于研究煤与瓦斯突出问题，仅凭某一点瓦斯压力测量值来做出煤与瓦斯突出预测、预警是很片面的，不具有说服力，生产中需要根据生产煤层瓦斯分布的特点，通过测量和评估掌握煤层瓦斯运动、动态分布和变化情况，为工作面安全生产和瓦斯突出预测和防突措施开展提供依据。因此，做好井下生产区域煤层的瓦斯动态压力的测量和实时评估是保证生产安全的重要举措。煤层瓦斯动态压力测定的精确性、全面性、高效性对煤炭生产安全来说具有重要的意义，传统的电子压力表在瓦斯压力检测方面，简便快捷，应用广泛，但是随着科学技术的进步会发现压力表测压仍存在一些不足：由于其示值准确性依靠人工读数而得不到保证；获取数据点比较单一化，对煤层区域瓦斯动态压力的分布监测技术难度比较大，未曾有人采用。现有的瓦斯压力测量方案主要存在如下几种:1、瓦斯压力直接测量法通过使用钻机由岩层巷道或煤层巷道向预定煤层瓦斯探测点钻孔，然后在钻孔中引出测压管，再将钻孔严密封孔，通过读取测压管上压力表的读数确定出瓦斯压力。...
【技术保护点】
1.基于光纤传感阵列分布测量的煤层瓦斯动态安全评测系统，其特征在于：包括光纤传感阵列、与光纤传感阵列连接的处理装置以及与处理装置连接的区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统；其中，所述的光纤传感阵列，用于实时采集测量区域中各个探测点或指定的探测点的瓦斯压力信号，并将探测到的瓦斯压力信号转换为光学测量信号后发送至处理装置；所述的处理装置，用于接收光纤传感阵列所发送的测量区域中各个或指定的探测点的瓦斯压力信息所对应的光学测量信号，然后通过传感器阵列光谱处理单元和测量信息解析单元进行光谱参量解析得到光学参量，并把光学参量进行数据封装，然后通过通信单元传输给区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统；所述的区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统，用于解析处理装置发送的经数据封装的光学参量，并根据解析后得到的光学参量，经压力解算和补偿校准后进行区域三维图形重建和瓦斯分布安全性评价。
【技术特征摘要】
1.基于光纤传感阵列分布测量的煤层瓦斯动态安全评测系统，其特征在于：包括光纤传感阵列、与光纤传感阵列连接的处理装置以及与处理装置连接的区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统；其中，所述的光纤传感阵列，用于实时采集测量区域中各个探测点或指定的探测点的瓦斯压力信号，并将探测到的瓦斯压力信号转换为光学测量信号后发送至处理装置；所述的处理装置，用于接收光纤传感阵列所发送的测量区域中各个或指定的探测点的瓦斯压力信息所对应的光学测量信号，然后通过传感器阵列光谱处理单元和测量信息解析单元进行光谱参量解析得到光学参量，并把光学参量进行数据封装，然后通过通信单元传输给区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统；所述的区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统，用于解析处理装置发送的经数据封装的光学参量，并根据解析后得到的光学参量，经压力解算和补偿校准后进行区域三维图形重建和瓦斯分布安全性评价。2.根据权利要求1所述的基于光纤传感阵列分布测量的煤层瓦斯动态安全评测系统，其特征在于：光纤传感阵列包括测量光源装置、多通道转换耦合装置、光缆和多组光纤传感器组；测量光源装置，用于产生指定带宽的激光信号；多通道转换耦合装置包括控制电路和扫描耦合光学系统；每组光纤传感器组均由若干个分别设置在煤层上所开设的瓦斯压力探测孔内的光纤传感装置组成；多组光纤传感器组以行或列的方式分布；多组光纤传感器组均通过光纤陶瓷准直接头连接扫描耦合光学系统，多通道转换耦合装置通过光缆与处理装置连接。3.根据权利要求2所述的基于光纤传感阵列分布测量的煤层瓦斯动态安全评测系统，其特征在于：光纤传感装置包括光纤传感单元和煤层瓦斯压力取样单元，煤层瓦斯压力取样单元用于采集煤层探测点的瓦斯压力信号，光纤传感单元用于将瓦斯压力信号转变为光学测量信号；光纤传感单元包括设置有中空腔体的壳体，壳体内设置有弹性金属板将中空腔体分为上部的弹簧容置腔和下部的瓦斯容置腔，光纤依次穿过壳体的上面板、弹性金属板和壳体的下面板，且位于壳体外侧的光纤上均套设有铠装电缆机械保护层，位于弹簧容置腔内的光纤带有布拉格光栅段，弹簧容置腔内设置有弹簧，且弹簧的下端与弹性金属板连接，弹簧的上端设置有精密螺纹且通过精密螺纹与壳体的上面板螺纹连接，弹簧的上下两端还分别与位于弹簧容置腔内的光纤的上下两端端部连接；位于弹簧容置腔内的光纤和弹簧均处于拉伸状态，壳体的下部还设置有与瓦斯容置腔导通的煤层瓦斯压力取样单元连接结构；煤层瓦斯压力取样单元采用组合式导气管路，组合式导气管路包括导气管路起始段、若干个中间延伸段和导气管路末段，导气管路起始段的前端设置有光纤传感单元连接结构，导气管路起始段外表面设置有自张式密封结构，导气管路起始段的后端设置有中间延伸段前连接结构，中间延伸段的前端均设置有中间延伸段后连接结构，中间延伸段的后端均设置有中间延伸段前连接结构，导气管路末段的前端设置有中间延伸段后连接结构，导气管路末段的周向上设置有若干个导气孔，中间延伸段前连接结构与中间延伸段后连接结构相匹配，导气管路起始段、若干个中间延伸段和导气管路末段可拆卸连接。4.根据权利要求3所述的基于光纤传感阵列分布测量的煤层瓦斯动态安全评测系统，其特征在于：自张式密封结构包括锥面导推机构、托架支撑件、密封盘组件、密封盘固定托架和橡胶密封圈；托架支撑件套设在导气管路起始段上，托架支撑件包括管状的套管及与套管同轴设置且连接的环形支撑盘，环形支撑盘的前表面沿圆周方向均匀设置有四个支杆，四个支杆均与导气管路的轴线平行，密封盘固定托架的后表面通过四个支杆与托架支撑件固定；密封盘固定托架为圆环状，密封盘固定托架的前表面沿圆周方向均匀设置有四个密封盘子件滑动连接结构，密封盘组件包括四个相同的密封盘子件，每个密封盘子件均为弧度大于π/2的扇环，每个密封盘子件均通过对应密封盘子件滑动连接结构与密封盘固定托架滑动连接，且每个密封盘子件的运动轨迹均位于每个密封盘子件的径向；锥面导推机构采用圆台形的推导块，且圆台形的推导块的前表面的直径大于后表面的直径，推导块沿上同轴设置有贯穿推导块前表面和后表面的导气管路容置圆孔，导气管路容置圆孔的内表面设置有内螺纹，导气管路起始段外表面设置有外螺纹，锥面导推机构通过螺纹设置在导气管路起始段外表面；导气管路容置圆孔外侧的推导块前表面上还向前延伸形成旋紧部；密封盘固定托架后表面还设置有橡胶密封圈，橡胶密封圈的后表面固定在环形支撑盘的四个支杆前端，橡胶密封圈的内径小于推导块的前表面的直径且大于后表面的直径，橡胶密封圈的外径大于瓦斯压力探测孔的内径；四个密封盘子件沿对应密封盘子件滑动连接结构向外运动至最大位置时组成圆环形，且四个密封盘子件所组成圆环形的内圆圆周面与圆台形的推导块的侧表面接触，橡胶密封圈套设在圆台形的推导块的侧表面上。5.根据权利要求1所述的基于光纤传感阵列分布测量的煤层瓦斯动态安全评测系统，其特征在于：处理装置包括传感器阵列光谱处理单元、测量信息解析单元、光参数阵列数据封装单元和通信单元；其中，传感器阵列光谱处理单元，用于对光纤传感阵列发送的光谱信号进行解调；测量信息解析单元，用于读取传感器阵列光谱处理单元输出的解调光谱中的每一个探测点所对应的光纤传感单元的当前中心波长，并将读取的当前中心波长数字化；光参数阵列数据封装单元，用于将测量信息解析单元数字化后的光学参量进行数据封装并传输至通信单元；通信单元，用于实现处理装置和区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统的数据传输。6.根据权利要求1所述的基于光纤传感阵列分布测量的煤层瓦斯动态安全评测系统，其特征在于：区域瓦斯动态压力数据三维重建显示系统，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张登攀，赵俊伟，朱红丽，王东升，田振华，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41
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