光纤光栅传感器在马头门在线形变监测中的应用

谢成梁

摘要 采用光纤传感器纽建煤矿副井马头门变形的实时监测系统，结合工业级人机界面，实现副井马头门变形监测的自动化和分析问题的科学化。

【关键词】光纤传感器 马头门监测 实时监测检测系统

1 引言

我国做作为当今世界煤矿需求大国，煤矿能源在我國能源使用中占据近三分之二比例，煤矿能源的开发也成为我国经济发展的一条重要因素。虽然前几年我国对煤炭大力开采致使产煤过剩，但是煤炭作为我国的基础能源，仍然在持续不断地进行开采。

近些年以来，煤炭采掘涉及到的整体规模正在全面获得扩大，而与之相应的采煤技术也实现了突显的优化与改进。在当前的采煤实践中，应当更多关注井筒的采煤通道。这是由于，井筒通道是否具备通畅性，其直接决定着煤炭采掘的实效性。而马头门是境地车场巷道与立井井筒连接的过渡段，是矿井的咽喉部位，因此，对马头门的变形和破坏机理进行实时的监测和分析，确保矿井连续安全的生产运行具有十分重要的意义。

相比来讲，马头门监测本身具备相对狭窄的操作空间以及复杂性的操作流程，同时也受到较短施工时间给其带来的约束性。在当前阶段中，施工人员通常来讲可以凭借电传感器来完成全方位的实时性监测。但是不应当忽视，运用上述监测方式很有可能欠缺必要的灵活度，同时也埋下了监测失效的隐患与风险。因此为了在根本上转变当前的现状，针对变形在线检测应当将其建立于光纤传感器的分布式监测手段基础上。

2 光纤光栅传感器

2.1 基本技术原理

早在上世纪末，光纤传感器就已经诞生。截至目前，光纤传感器已经被运用于多种多样的行业与领域，其在根本上应当属于信息化传感设施。光纤光栅传感器最根本的原理应当包含如下：系统针对外界现有的物理参量予以全面的辨别，在此前提下获得特定波长范围内的传感信息。因此可见，上述传感器具备调制波长的基本特征。

与此同时，光纤光栅传感器还能用来测定当前现有的外界应力以及温度等要素，因此其应当能够适用于冲击检测、振动阻尼检测以及形状控制等各个领域，在此前提下全面测定某些潜在性的结构缺陷。受到波长漂移给其带来的显著影响，光纤传感器针对实时性的外界应力以及外界温度改变都能予以相应的感知，进而给出了全方位的检测结论。

2.2 光纤传感器具备的独特优势

如表1所示。

因此可见，光纤光栅的新型传感器更加适用于规模较大的组网监测，通过运用在线监测的手段与方式来显著优化整个组网监测的流程。

3 基于光纤传感器的马头门变形监测系统方案

3.1 煤矿马头门简介

国投新集能源股份有限公司板集矿，设计生产能力为300万t/年，采用立井开拓方式，。主、副、风三个井筒在同一工业广场内，各井筒处于井筒加固维护阶段。本监测系统应用在副井的马头门处。

马头门是井底车场巷道与立井井筒连接的过渡段、副井井筒与井底车场的联接处。形状似马头，是矿岩、设备、材料和人员的转运点。是矿井的咽喉部位，服务年限长。在立井井筒与平巷（石门）的连接处，空间较大，顶斜，剖面形似马头的巷道。它是立井与井底车场的联系巷道，马头门设有稳罐、推车和阻车设备以及信号房等。采用混凝土或钢筋混凝土支护。

板集矿的副井马头门处于修复阶段，将启动加固处理，其加固方案为采用外层550m厚c50钢筋混凝土（厚度包括U型钢），内层800mm厚C60钢筋钢纤维混凝土结构。对于加固过程中钢结构及混凝土的变形监测至关重要。

4 结论

从基本特征来讲，马头门监测适用于当前现有的煤矿变形监测，此项举措具有突显的适用性价值。这是由于，运用上述监测方式有助于拓宽现有的测点分布范围，同时也能够适应恶劣性较强的现场监测环境。与此同时，对于煤矿监测应当能够全面保障其应有的实时性以及精准性，在此前提下突显了变形监测独有的技术优势。具体在设置光纤传感器时，应当将其铺设于井筒的特定位置上，有利于变形监测的自动化和分析问题的科学化。

实践证明，光纤光栅传感器在复杂的井筒马头门变形在线监测中，能够精确的检测到加固过程中钢结构及混凝土的变形，为用户提供可靠的预防及治理依据。

参考文献

[1]旷小林，张鸿，张理平等，基于光纤光栅传感技术的岩土体测斜仪研发及工程应用[J].公路，2015.

[2]王太元，基于光纤光栅技术的竖井井壁变形在线监测系统研究与设计[J].中国煤炭，2015.

[3]毛学军，张鸿，旷小林等，边坡岩土体变形监测的光纤光栅测斜仪研发与工程应用[J].公路工程，2015.