一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置及其方法与流程

本发明涉及巷道顶板监测，更具体地说，涉及一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置及其方法。

背景技术：

1、在矿山开采、地下工程和大型基础设施建设等领域，巷道顶板的稳定性是确保工程安全和施工人员生命安全的关键因素。随着工程规模的不断扩大和作业环境的日益复杂，传统的顶板沉降变形监测方法已经难以满足现代工程的需求。这些方法通常依赖于人工测量或者有限的自动化传感器，但是传统方法无法提供连续的监测数据，导致监测盲区的存在；同时现有传感器容易受到环境因素的干扰，影响数据的稳定性和准确性；依赖人工进行测量，效率低下，且存在安全风险；自动化监测技术尚未普及，无法实现实时监测和快速响应。

2、基于以上背景，本发明专利提出的高密度定点密集分布式应变传感光缆系统，通过在每米布置一个传感节点，该系统能够提供连续的监测数据，有效消除监测盲区，并通过光纤技术提高系统的抗干扰性和数据传输的稳定性。此外，集成的温度补偿模块和先进的数据处理单元，使得系统能够自动校正环境影响，并快速生成准确的监测报告，大大提高了监测的效率和准确性。

技术实现思路

1、1.发明要解决的技术问题

2、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置及其方法，本发明可以实现对巷道顶板沉降变形的高密度、定点监测，及时发现潜在的安全隐患，为矿山安全提供更为可靠的保障。同时，该装置的自动化和智能化程度高，可以减少人工测量的需求，降低施工风险，提高工程效率。

3、2.技术方案

4、为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

5、本发明的一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置，包括应变传感光缆和中空钢管组件，所述的应变传感光缆的首尾两端均与光纤信号接收器连接；

6、所述的应变传感光缆包括穿设在中空钢管组件内侧的内置式光缆，以及延伸至中空钢管组件外侧的外置式光缆，外置式光缆沿着中空钢管组件的长度方向设置并与中空钢管组件的管身贴合，外置式光缆通过固定扎带绑扎在中空钢管组件的外侧；

7、所述的应变传感光缆的表面等距间隔设置有应变节点传感器；

8、所述的中空钢管组件的两端均设置有钢管封口组件，钢管封口组件为中空结构，钢管封口组件的端面分别开设有光缆孔、注浆孔。

9、进一步地，所述的应变传感光缆为高密度定点密集分布式应变传感光缆。

10、进一步地，所述的应变节点传感器设置有多组，相邻的应变节点传感器的间距为一米。

11、进一步地，所述的钢管封口组件的外侧设置有封口外螺纹，与之对应的，中空钢管组件的两端均开设有封口内螺纹，钢管封口组件与中空钢管组件螺纹连接。

12、进一步地，所述的中空钢管组件包括第一钢管和第二钢管，第一钢管与第二钢管连接。

13、进一步地，所述的第一钢管的头部设置有封口内螺纹，第一钢管的尾部设置有连接内螺纹；所述的第二钢管的头部设置有连接外螺纹，第二钢管的尾部设置有封口内螺纹，第一钢管的头部以及第二钢管的尾部分别与钢管封口组件螺纹连接，第一钢管通过连接内螺纹与第二钢管的连接外螺纹螺纹连接。

14、进一步地，所述的第二钢管视情况设置有多组，相邻的两组第二钢管首尾相连，最后一段的第二钢管的尾部通过钢管封口组件封堵。

15、进一步地，所述的光纤信号接收器包括温度补偿模块和数据采集与处理单元，应变节点传感器的输出端与温度补偿模块连接，温度补偿模块先进行数据预处理，再将处理好的数据传递给数据采集与处理单元，温度补偿模块用于实时校正温度变化对监测数据的影响，数据采集与处理单元用于实时收集应变节点传感器的数据并进行处理分析。

16、一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置的方法，其步骤为：

17、步骤一：在需要监测厚大顶板沉降变形的位置，根据顶板实际情况打相应深度的倾斜孔，确保整个装置能放入孔内，若顶板厚度大，则根据实际情况增加中空钢管组件的长度；

18、步骤二：预留应变传感光缆一定长度，光缆长度＝(孔深+接收器到孔口位置)×2，将应变传感光缆穿过中空钢管组件并从钢管封口组件的光缆孔穿出并沿着钢管回折，此长度应为光缆长度的一半；

19、步骤三：将中空钢管组件以及沿着钢管对折的光缆放入顶板孔内，每隔至少1m，采用固定扎带将外侧光缆与钢管进行固定，继续将光缆及钢管送入孔内；

20、步骤四：根据顶板打孔深度不断添加第二钢管，第一段的第二钢管的连接外螺纹与第一钢管的连接内螺纹连接，而后增加的第二钢管依次首尾相连，直至连接最后一根第二钢管，并通过钢管封口组件进行封闭；

21、步骤五：当整个装置放入孔内时，进行灌浆处理，将灌浆设备出浆口对入注浆孔进行钢管注浆封闭，同时通过另一端的注浆孔进行排气，以保证顺利注浆；

22、步骤六：针对整个顶板孔进行灌浆，保证孔内被浆填充满；

23、步骤七：将应变传感光缆的两个端口接入光纤信号接收器；

24、步骤八：巷道顶板发生沉降变形时，应变节点传感器会将监测到的应变变化传输至光纤信号接收器；沉降变形过大导致光缆断裂时，信号会沿着位于钢管内部，即被钢管保护着的内置式光缆传输回光纤信号接收器，光纤信号接收器会根据温度补偿模块和光纤信号数据处理单元处理后的信号值进行顶板沉降变形预警或者报警反馈。

25、3.有益效果

26、采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

27、本发明可以实现对巷道顶板沉降变形的高密度、定点监测，及时发现潜在的安全隐患，为矿山安全提供更为可靠的保障。同时，该装置的自动化和智能化程度高，可以减少人工测量的需求，降低施工风险，提高工程效率。

技术特征：

1.一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置，包括应变传感光缆(1)和中空钢管组件(4)，其特征在于：所述的应变传感光缆(1)的首尾两端均与光纤信号接收器(6)连接；

2.根据权利要求1所述的一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置，其特征在于：所述的应变传感光缆(1)为高密度定点密集分布式应变传感光缆。

3.根据权利要求1所述的一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置，其特征在于：所述的应变节点传感器(2)设置有多组，相邻的应变节点传感器(2)的间距为一米。

4.根据权利要求1所述的一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置及其方法，其特征在于：所述的钢管封口组件(3)的外侧设置有封口外螺纹(303)，与之对应的，中空钢管组件(4)的两端均开设有封口内螺纹(400)，钢管封口组件(3)与中空钢管组件(4)螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置，其特征在于：所述的中空钢管组件(4)包括第一钢管(401)和第二钢管(402)，第一钢管(401)与第二钢管(402)连接。

6.根据权利要求5所述的一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置，其特征在于：所述的第一钢管(401)的头部设置有封口内螺纹(400)，第一钢管(401)的尾部设置有连接内螺纹(403)；所述的第二钢管(402)的头部设置有连接外螺纹(404)，第二钢管(402)的尾部设置有封口内螺纹(400)，第一钢管(401)的头部以及第二钢管(402)的尾部分别与钢管封口组件(3)螺纹连接，第一钢管(401)通过连接内螺纹(403)与第二钢管(402)的连接外螺纹(404)螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置，其特征在于：所述的第二钢管(402)视情况设置有多组，相邻的两组第二钢管(402)首尾相连，最后一段的第二钢管(402)的尾部通过钢管封口组件(3)封堵。

8.根据权利要求1所述的一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置及其方法，其特征在于：所述的光纤信号接收器(6)包括温度补偿模块和数据采集与处理单元，应变节点传感器(2)的输出端与温度补偿模块连接，温度补偿模块先进行数据预处理，再将处理好的数据传递给数据采集与处理单元，温度补偿模块用于实时校正温度变化对监测数据的影响，数据采集与处理单元用于实时收集应变节点传感器(2)的数据并进行处理分析。

9.根据权利要求1所述的一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置的方法，其特征在于：其步骤为：

技术总结本发明公开了一种监测巷道顶板沉降变形的光纤传感装置及其方法，属于巷道顶板监测技术领域。本发明包括应变传感光缆和中空钢管组件，所述的应变传感光缆的首尾两端均与光纤信号接收器连接；所述的应变传感光缆包括穿设在中空钢管组件内侧的内置式光缆，以及延伸至中空钢管组件外侧的外置式光缆；所述的应变传感光缆的表面等距间隔设置有应变节点传感器。本发明可以实现对巷道顶板沉降变形的高密度、定点监测，及时发现潜在的安全隐患，为矿山安全提供更为可靠的保障。同时，该装置的自动化和智能化程度高，可以减少人工测量的需求，降低施工风险，提高工程效率。技术研发人员：刘发平,黄刚,黄小忠,刘昊,张骥,刘明宇,印提军受保护的技术使用者：安徽马钢矿业资源集团姑山矿业有限公司白象山矿业分公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2