煤矿立井井塔和罐笼提升系统主轴变形光纤实时监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种煤矿立井井塔和罐笼提升系统主轴变形光纤实时监测系统，包括光纤光栅静力水准仪、光纤光栅倾斜传感器和光纤光栅应变传感器；罐笼提升系统主轴安装光纤光栅压力传感器、光纤光栅加速度传感器及分布式应变传感光纤；光纤光栅压力传感器、光纤光栅加速度传感器安装在靠近主轴中部的卷筒，分布式应变传感光纤设置于主轴的中心，并沿主轴的轴向布置；分布式应变传感光纤、光纤光栅应变传感器、光纤光栅静力水准仪、光纤光栅倾斜传感器、光纤光栅压力传感器和光纤光栅加速度传感器分别与外部多芯传感光缆熔接后引入监测室，并与光纤光栅解调仪连接，同时连接带有监测软件数据处理的计算机，实现对井塔结构和罐笼提升系统的实时监测。笼提升系统的实时监测。笼提升系统的实时监测。

【技术实现步骤摘要】
煤矿立井井塔和罐笼提升系统主轴变形光纤实时监测系统


[0001]本技术是一种煤矿立井井塔和罐笼提升系统主轴变形监测系统，特别是一种煤矿立井井塔和罐笼提升系统主轴变形光纤实时监测系统。

技术介绍

[0002]井塔是建在竖井井口上的高耸构筑物，罐笼提升系统是固定在井塔结构的顶部。井塔及罐笼提升系统作为罐笼垂直运输的重要工程设施，其变形、沉降和倾斜状态，严重影响煤炭企业的正常生产和井下煤矿工人的生命安全。
[0003]有关井塔结构的稳定状态监测方面，主要采用常规测量法、地面摄影法。常规测量法采用经纬仪、水准仪等测量设备直接对井塔的各部位测量，确定静态的稳定状态，但该方法存在观测周期长、外业工作量大、速度慢、效率低等不足。地面摄影法主要采用摄影经纬仪，监测井塔的变形情况，该方法存在的缺点是操作复杂、外业工作多、时间成本高以及处理结果不及时等问题。
[0004]本技术克服现有井塔及罐笼提升系统变形监测中存在的问题。采用基于光纤光栅技术的静力水准仪、压力、加速度、倾斜及应变等传感器和分布式光纤感测技术，建立井塔及罐笼提升系统变形监测系统，能够获取准确的井塔及罐笼提升系统的变形损伤信息，为井塔及罐笼提升系统的安全稳定判别提供技术支撑。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本技术提供一种模型简单、易于操作的煤矿立井井塔和罐笼提升系统主轴变形光纤实时监测系统。
[0006]本技术采用的技术方案是：一种煤矿立井井塔和罐笼提升系统主轴变形光纤实时监测系统，包括在井塔基础和上部结构四周均匀安装的若干个光纤光栅静力水准仪、光纤光栅倾斜传感器和光纤光栅应变传感器；在罐笼提升系统的主轴上安装光纤光栅压力传感器、光纤光栅加速度传感器以及分布式应变传感光纤；所述的光纤光栅压力传感器、光纤光栅加速度传感器安装在靠近主轴中部的卷筒上，所述的分布式应变传感光纤设置于主轴的中心，并沿主轴的轴向布置；所述的分布式应变传感光纤、光纤光栅应变传感器、光纤光栅静力水准仪、光纤光栅倾斜传感器、光纤光栅压力传感器和光纤光栅加速度传感器分别与外部多芯传感光缆熔接后引入监测室，并与光纤光栅解调仪连接，同时连接带有监测软件数据处理的计算机，实现对井塔结构和罐笼提升系统的实时监测。
[0007]进一步的，所述井塔为四方形钢筋混凝土结构建筑物，井塔的顶部设置罐笼提升系统，提升系统主轴上安装用于卷绕钢丝绳的卷筒；罐笼通过钢丝绳与卷筒连接。
[0008]进一步的，在井塔基础以及上部结构四周四周分别均匀对称安装4
‑
8个光纤光栅静力水准仪，光纤光栅静力水准仪沿上部结构的垂向设置多组，每组之间间隔3
‑
10m。
[0009]进一步的，沿井塔结构内墙壁的垂向安装多组光纤光栅倾斜传感器，每组4
‑
8个，每组传感器之间间隔3
‑
10m。
[0010]进一步的，沿井塔结构的周向安装4
‑
8根光纤光栅应变传感器，每根光纤光栅应变传感器沿井塔结构的垂向布设。
[0011]进一步的，所述分布式应变传感光纤、光纤光栅应变传感器、光纤光栅静力水准仪、光纤光栅倾斜传感器、光纤光栅压力传感器和光纤光栅加速度传感器均为带有温度自补偿测量功能的光纤光栅传感器。
[0012]进一步的，所述的光纤光栅压力传感器与光纤光栅加速度传感器采用固定夹具或环氧树脂粘贴进行固定。
[0013]进一步的，所述的分布式应变传感光纤粘贴在主轴中心轴预制小孔中，测试主轴的轴向变形，外部用护套包裹光纤。
[0014]与现有技术相比，本技术的显著优点是一种集结构简单、成本低廉、可靠度强、操作简单、监测精度高的煤矿井塔变形监测系统，采用光纤光栅技术和分布式光纤感测技术，通过光纤光栅静力水准仪、光纤光栅倾斜传感器和光纤光栅应变传感器，实时量测井塔基础和上部结构的沉降、倾斜及变形状态；通过光纤光栅压力传感器、光纤光栅加速度传感器和传感光纤，实时量测罐笼提升系统的主轴强度和变形，实现井塔及罐笼提升系统安全的状态辨识，避免灾害事故的发生。该系统可用于井塔施工和运行过程中结构整体和局部安全状态的监测，在其它的领域内也具有广泛的操作性和实用性。
附图说明
[0015]图1是本技术的煤矿井塔变形的光纤实时监测方法的传感器总布置示意图；
[0016]图2是本技术图1中罐笼提升系统主轴传感器布置的横截面示意图；
[0017]图3是本技术图1中罐笼提升系统主轴传感器布置的纵剖面示意图；
[0018]图中：1、光纤光栅加速度传感器，2、光纤光栅压力传感器，3、应变传感光纤，4、钢丝绳，5、提升系统主轴，6、卷筒，7、光纤光栅静力水准仪，8、光纤光栅倾斜传感器，9、光纤光栅应变传感器，10、井塔结构，11、提升系统。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和对本技术作进一步的描述。
[0020]实施步骤：所述煤矿井塔变形的光纤实时监测系统如图1
‑
3所示，在井塔结构及井塔基础的每个水平高度面上安装光纤光栅静力水准仪7，每一边安装一个或两个，一周共安装4
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8个；沿每个井塔结构10的高度每间隔3
‑
10m通过一个双向的安装支架安装两个带有温度自补偿测量功能的光纤光栅倾斜传感器8，通过一条传感器链进行连接，采用粘结剂进行固定，直至铺满整个井塔支撑。同时沿每个井塔立柱的高度方向安装光纤光栅应变传感器9，每个立柱按3
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10m间隔铺设，采用粘结剂固定；沿基座主轴靠近卷筒的两端分别通过固定夹固定安装光纤光栅压力传感器2和光纤光栅加速度传感器1；沿主轴轴向安装预制内插式应变传感光纤3，外部用护套包裹光纤。将光纤光栅应变传感器9、应变传感光纤3、静力水准仪7、光纤光栅倾斜传感器8、光纤光栅压力传感器 2和光纤光栅加速度传感器1与外部多芯传感光缆熔接后引入监测室，并与分布式光纤光栅解调仪连接，同时连接带有监测软件数据处理的计算机，实现对井塔变形的实时监测。
[0021]实施例1
[0022]利用上述监测系统进行煤矿井塔沉降的监测方法，包括以下步骤：
[0023](1)利用水平架及基础上布置的静力水准仪，用矩阵形式表达井塔各位置的沉降关系式：
[0024][0025]式中：ΔH为井塔沉降值；a
ij
、a
ij
'分别一一对应，其含义为a
ij
(i＝1,2,3
…
)j表示井塔从上至下第i层第j个静力水准仪在某时刻的测量值；a
ij
'(i＝1,2,3
…
)表示由井塔从上至下第i层第j个静力水准仪在初始状态下的测量值；
[0026](2)根据ΔH大于规范规定的极限值[ΔH]，确定井塔易发生倾倒的位置。
[0027]实施列2
[0028]利用上述监测系统进行煤矿井塔倾斜及变形的监测方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿立井井塔和罐笼提升系统主轴变形光纤实时监测系统，其特征在于，包括在井塔基础和上部结构四周均匀安装的若干个光纤光栅静力水准仪、光纤光栅倾斜传感器和光纤光栅应变传感器；在罐笼提升系统的主轴上安装光纤光栅压力传感器、光纤光栅加速度传感器以及分布式应变传感光纤；所述的光纤光栅压力传感器、光纤光栅加速度传感器安装在靠近主轴中部的卷筒上，所述的分布式应变传感光纤设置于主轴的中心，并沿主轴的轴向布置；所述的分布式应变传感光纤、光纤光栅应变传感器、光纤光栅静力水准仪、光纤光栅倾斜传感器、光纤光栅压力传感器和光纤光栅加速度传感器分别与外部多芯传感光缆熔接后引入监测室，并与光纤光栅解调仪连接，同时连接带有监测软件数据处理的计算机，实现对井塔结构和罐笼提升系统的实时监测。2.根据权利要求1所述的一种煤矿立井井塔和罐笼提升系统主轴变形光纤实时监测系统，其特征在于，所述井塔为四方形钢筋混凝土结构建筑物，井塔的顶部设置罐笼提升系统，提升系统主轴上安装用于卷绕钢丝绳的卷筒；罐笼通过钢丝绳与卷筒连接。3.根据权利要求1所述的一种煤矿立井井塔和罐笼提升系统主轴变形光纤实时监测系统，其特征在于，在井塔基础四周均匀对称安装4
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8个光纤光栅静力水准仪。4.根据权利要求1所述的一种煤矿立井井塔和罐笼提升系统主轴变形光纤实时监测...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫寿庆，朴春德，孙文先，赵国庆，万峰，韩振国，于斌，李寿君，常树德，刘东星，李秋实，姜维，毕福伟，吴宁，卢一鸣，殷继胜，
申请(专利权)人：扎赉诺尔煤业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：