煤矿开采形变实时监测系统及使用方法技术方案

本发明专利技术公开了煤矿开采形变实时监测系统，包括物理层、传输层、处理层及应用层；该系统的使用方法包括：敷设主干光纤及分支光纤，连接数据处理单元与光纤传感头并采集应变数据，对数据进行去噪、归一化与序列构建，对光纤应变时间序列数据进行预测，对预测值与实际值残差进行判别分析并分级预警，触发三维可视化平台更新异常标注，查询历史形变记录，演练应急响应预案。该系统具有连续监测能力强、实时性强、部署灵活性高及可视化效果好的特点，显著提升煤矿安全性和生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于煤矿安全监测，涉及煤矿开采形变实时监测系统，还涉及煤矿开采形变实时监测系统的使用方法。

技术介绍

1、煤矿开采属于高风险工业活动，常伴地表沉降、岩层位移、巷道变形等地质形变现象。这些形变易致矿井结构失稳，引发塌方、瓦斯爆炸等事故，严重威胁矿工生命安全与生产设备完整性。传统形变监测手段采用水准测量、gps定位和测斜仪进行监测，以上监测手段存在诸多缺陷。如监测覆盖不足，依赖离散监测点且点间距大，采空区边缘形变漏报率高，如在粉尘浓度大于50mg/m³时，传统激光测距仪测量误差增至±5mm（数据来源：《矿山测量技术规范》gb/t51256-2017）；实时性不足，数据采集处理耗时长，传统阈值报警系统对缓慢形变响应延迟长，如对0.1mm/小时的顶板下沉响应延迟超6小时，难以满足实时预警需求；环境适应性差，湿度大于90%时，电路板腐蚀风险增加47%（依据国家矿山安全监察局2022年事故分析报告），甲烷浓度大于1%时，电磁类传感器误触发概率达8.3%；存在安全性隐患，部分传统设备需电力驱动，在高瓦斯环境易因火花引发爆炸，不符合煤矿防爆要求。

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【技术保护点】

1.煤矿开采形变实时监测系统，其特征在于，包括物理层，配置有树状拓扑光纤网络与复合封装光纤，用于构建信号传输的物理载体；

2.根据权利要求1所述的煤矿开采形变实时监测系统，其特征在于，所述树状拓扑光纤网络包括主干光纤和若干分支光纤，所述主干光纤沿煤矿主巷道轴向敷设，所述主干光纤在敷设过程中施加预张力为0.1%-0.3%；

3.根据权利要求1所述的煤矿开采形变实时监测系统，其特征在于，所述复合封装光纤包覆在主干光纤和分支光纤外部，所述复合封装光纤采用316L不锈钢波纹保护管与聚四氟乙烯-陶瓷双层涂层构成，所述聚四氟乙烯-陶瓷双层涂层设置于所述316L不锈钢波纹保护管...

【技术特征摘要】

1.煤矿开采形变实时监测系统，其特征在于，包括物理层，配置有树状拓扑光纤网络与复合封装光纤，用于构建信号传输的物理载体；

2.根据权利要求1所述的煤矿开采形变实时监测系统，其特征在于，所述树状拓扑光纤网络包括主干光纤和若干分支光纤，所述主干光纤沿煤矿主巷道轴向敷设，所述主干光纤在敷设过程中施加预张力为0.1%-0.3%；

3.根据权利要求1所述的煤矿开采形变实时监测系统，其特征在于，所述复合封装光纤包覆在主干光纤和分支光纤外部，所述复合封装光纤采用316l不锈钢波纹保护管与聚四氟乙烯-陶瓷双层涂层构成，所述聚四氟乙烯-陶瓷双层涂层设置于所述316l不锈钢波纹保护管内外两侧，所述聚四氟乙烯-陶瓷双层涂层的介电强度不低于30kv/mm。

4.根据权利要求3所述的煤矿开采形变实时监测系统，其特征在于，所述复合封装光纤在环境温度为60~80℃且相对湿度为90~100%的工作条件下，信号衰减率小于0.5db/km。

5.根据权利要求1所述的煤矿开采形变实时监测系统，其特征在于，所述数据预处理模块包括长短期记忆网络lstm预测模型与随机森林rf异常检测算法，所述长短期记忆网络lstm预测模型包含输入层及隐藏层，所述输入层包括12维实时特征参数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹冬冬，高小宁，李明，陈宝强，马瑞和，张俊，杨玥，
申请(专利权)人：中煤西安设计工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：