一种井下充填体温度分布式监测系统技术方案

本发明专利技术提供一种井下充填体温度分布式监测系统，属于矿山膏体充填开采技术领域。该系统包括感温光纤、数据收集系统、铝制套管、导热硅脂、密封胶等。其中，铝制套管位于充填体钻孔内；感温光纤根据测量长度的需要放入铝制套管中；数据采集系统位于充填体外侧，并与感温光纤相连；导热硅脂位于铝制套管中，并且包裹感温光纤；密封胶位于铝制套管出口处，主要用于防止交界处散热。该系统能够同时精确监测充填体在不同位置、不同水化时间的温度，并且可以得到实时、在线、连续的监测数据，为膏体性能的分析提供精确依据。

A Distributed Temperature Monitoring System for Underground Filling

The invention provides a distributed temperature monitoring system for underground filling body, which belongs to the technical field of paste filling mining in mines. The system includes temperature sensing optical fiber, data collection system, aluminium casing, thermal conductive silicone grease, sealant and so on. Among them, the aluminium sleeve is located in the borehole of the filling body; the temperature sensing optical fiber is put into the aluminium sleeve according to the need of measuring length; the data acquisition system is located on the outside of the filling body and connected with the temperature sensing optical fiber; the heat conducting silicone grease is located in the aluminium sleeve and wrapped with the temperature sensing optical fiber; the sealant is located at the exit of the aluminium sleeve, mainly used to prevent heat dissipation at the junction. The system can accurately monitor the temperature of filling body at different positions and hydration time at the same time, and can obtain real-time, on-line and continuous monitoring data, providing accurate basis for paste performance analysis.

【技术实现步骤摘要】
一种井下充填体温度分布式监测系统
本专利技术涉及矿山膏体充填开采
，特别是指一种井下充填体温度分布式监测系统。
技术介绍
矿山膏体充填材料是多种散体材料(胶结材料、尾砂、粉煤灰、添加剂等)与水复合而成的牙膏状、无泌水的柱塞状结构流体。其性质稳定，可通过管道长距离运输至井下采空区，并能形成一定的强度有效地支撑围岩，从而控制地表沉陷。膏体材料是整个膏体充填采矿技术的核心，研究材料各项性质的影响因素对膏体技术的推动和发展起着至关重要的作用。近年来，许多科研工作者对膏体在各种环境条件下的性能变化进行了一定的基础试验研究。在研究影响膏体性能各种因素时，温度往往起着至关重要的作用。在一定范围内，随着温度的升高，水泥与粉煤灰会加快水化反应速率，进而提高充填体的强度。同时，也有研究报道表明，如果持续升高温度，对水泥的水化反应反而不利，起到抑制作用。因此，通过室内试验与现场温度条件相结合，精确研究膏体在不同的设定温度条件下的性能是膏体理论的基础。在实际的矿井采场中，温度因素主要包括采场温度、水化温度、输送温度(如管道摩擦产生的温度)等，并且随着水化反应的进行，不同时间段内膏体内部的温度是变化的，所以研究膏体在单一温度条件下的性能变化远远不能与实际情况相匹配。在室内试验中，温度因素主要包括养护温度、室内温度等。但是，目前一般在室内研究温度对膏体各项性能的影响时，一般是在一些特定的温度条件下展开试验的，如10℃、20℃、25℃、35℃等。这些设定的温度并没有完全与现场进行精确的结合，因此，这些试验数据与现场总是存在着一定程度的偏差，影响了膏体技术的发展。综上，监测膏体在实际采场中的温度显得尤为重要。但是，目前关于此项技术的报道或研究较少。本专利技术旨在提出一种用于分布式监测井下充填体温度的系统，为提高膏体充填设计的精准化提供技术依据。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种井下充填体温度分布式监测系统。该系统包括铝制套管、密封胶、感温光纤、导热硅脂和数据收集系统，其中，充填体位于顶板和底板之间，铝制套管位于充填体钻孔内；感温光纤根据测量长度的需要置于铝制套管中；数据采集系统位于充填体外侧，数据采集系统与感温光纤相连；导热硅脂位于铝制套管中，导热硅脂包裹感温光纤；密封胶位于铝制套管出口处，防止交界处散热。铝制套管由两根以上铝管通过螺纹首尾连接而成，每根铝管的长度为1m，实际监测中根据需要计算出所需铝管的数量。感温光纤一端放入铝制套管内，并被导热硅脂包裹，在铝制套管出口处由密封胶进行密封，感温光纤另一端与数据采集系统相连。该系统进行监测的方法如下：S1计算得到所需监测充填体的范围；S2利用井下钻机在充填体内打水平钻孔；S3将第一根铝管放入钻孔中，并将感温光纤固定至铝管的端部，同时将导热硅脂塞满铝管中，使导热硅脂完全包裹住感温光纤；S4接着用S3中所述的同样的方法将剩余的铝管连续上紧并送至钻孔内，形成铝制套管，记录铝管的数量，与钻孔的长度进行对比验证。S5在铝制套管出口处用密封胶对端部进行密封；S6在数据采集系统部分开启电源，开始对数据进行收集；S7数据收集完毕，通过端口对数据进行下载，结合充填体不同的位置和养护时间进行数据处理和分析；S8将铝制套管取出，并且对感温光纤和铝管进行整理归置。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：本专利技术能够同时精确监测充填体在不同位置、不同水化时间的温度，并且可以得到实时、在线、连续的监测数据，为膏体性能的分析提供精确依据。主要有以下几个优点：第一、适用于任何充填采场的温度监测，包括煤矿膏体充填和金属矿的膏体充填领域；第二、能够精确监测到充填体在各个时期各个地方的实际温度，最远监测距离可以达到三百米，远远满足监测需求，同时为以后的室内相关试验提供可靠依据，解决了旧方法中只能对充填体进行特定点的温度监测；第三、整个监测过程数据采用采集系统自动收集，过程安全高效，同时钻孔长度、铝管数量、光纤长度三者之间可以互相验证，避免误差；第四，由于系统的便携性与灵活性，可根据每个采场的特定条件，灵活布置监测点。同时该系统具有操作简单、制作成本相对较低、寿命周期长、智能化等特点，可为以后膏体的室内设计提供现场依据，在某些情况下可以有效降低水泥用量，从而降低膏体充填的成本，具有很强的理论和实用价值。附图说明图1为本专利技术的井下充填体温度分布式监测系统结构示意图。其中：1—铝制套管；2—密封胶；3—感温光纤；4—导热硅脂；5—数据收集系统；6—充填体；7—底板；8—顶板。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术针对矿山采场膏体的连续温度监测系统的缺乏、室内试验与现场实际的不精确对接等问题，提供一种井下充填体温度分布式监测系统。如图1所示，该系统包括铝制套管1、密封胶2、感温光纤3、导热硅脂4和数据收集系统5，其中，充填体6位于顶板8和底板7之间，铝制套管1位于充填体6钻孔内；感温光纤3置于铝制套管1中；数据采集系统5位于充填体6外侧，数据采集系统5与感温光纤3相连；导热硅脂4位于铝制套管1中，导热硅脂4包裹感温光纤3；密封胶2位于铝制套管1出口处，防止交界处散热。铝制套管由单个铝管通过螺纹首尾连接而成，为了计算长度方便，每根铝管的长度设计为1m，实际监测中根据需要计算出所需铝管的数量。感温光纤一端放入铝制套管内，并被导热硅脂包裹，在出口处由密封胶进行密封，另一端与数据采集系统相连。感温光纤可以选择型号如JTW-DTS-BK200等，具有防燃、防爆、耐腐蚀的特点。数据采集系统主要用来收集相关监测数据，该数据具有实时、在线、连续的特点。导热硅脂是一种高导热绝缘有机硅材料，几乎永远不固化，可在-50℃—+230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态。既具有优异的电绝缘性，又有优异的导热性，同时具有低游离度(趋向于零)，耐高低温、耐水、臭氧、耐气候老化。密封胶是一种不易流淌，有一定粘结性的密封材料，主要起到密封、隔热的作用。采用上述装置进行充填体温度监测的具体方法为：(1)依据充填方法、充填能力、充填步距等条件分析计算得到所需监测充填体的范围，一般按照充填体的养护周期1d，3d，7d，15d，28d，56d作为判断依据。(2)利用井下钻机在充填体内打水平钻孔，这是因为根据水平钻孔的长度能准确推算出充填体的养护时间。(3)将第一根铝管放入钻孔中，并将感温光纤固定至第一节铝管的端部，同时将导热硅脂塞满铝管中，使得导热硅脂完全包裹住感温光纤。(4)接着用上述(3)中所描述的同样的方法将剩余的铝管连续上紧并送至钻孔内。并且记录铝管的数量，与钻孔的长度进行对比验证。(5)在出口处用密封胶对端部进行密封，以起到密封和隔热的作用。(6)在数据采集系统部分开启电源，开始对数据进行收集。(7)数据收集完毕，通过端口对数据进行下载，结合充填体不同的位置和养护时间进行数据处理和分析。(8)将铝制套管取出，并且对感温光纤和铝管进行整理归置。以上所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下充填体温度分布式监测系统，其特征在于：包括铝制套管(1)、密封胶(2)、感温光纤(3)、导热硅脂(4)和数据收集系统(5)，其中，充填体(6)位于顶板(8)和底板(7)之间，铝制套管(1)位于充填体(6)钻孔内；感温光纤(3)置于铝制套管(1)中；数据采集系统(5)位于充填体(6)外侧，数据采集系统(5)与感温光纤(3)相连；导热硅脂(4)位于铝制套管(1)中，导热硅脂(4)包裹感温光纤(3)；密封胶(2)位于铝制套管(1)出口处，防止交界处散热。

【技术特征摘要】
1.一种井下充填体温度分布式监测系统，其特征在于：包括铝制套管(1)、密封胶(2)、感温光纤(3)、导热硅脂(4)和数据收集系统(5)，其中，充填体(6)位于顶板(8)和底板(7)之间，铝制套管(1)位于充填体(6)钻孔内；感温光纤(3)置于铝制套管(1)中；数据采集系统(5)位于充填体(6)外侧，数据采集系统(5)与感温光纤(3)相连；导热硅脂(4)位于铝制套管(1)中，导热硅脂(4)包裹感温光纤(3)；密封胶(2)位于铝制套管(1)出口处，防止交界处散热。2.根据权利要求1所述的井下充填体温度分布式监测系统，其特征在于：所述铝制套管(1)由两根以上铝管通过螺纹首尾连接而成，每根铝管的长度为1m。3.根据权利要求1所述的井下充填体温度分布式监测系统，其特征在于：所述感温光纤(3)一端放入铝制套管(1)内，并被导热硅脂(4)包裹，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹升华，吴爱祥，陈勋，陈威，严荣富，陈顺满，王雷鸣，邵亚建，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11