南京嘉兆儀器設備有限公司
蔡先生18951611718
地址 南京市玄武區(qū)領智路56號3幢709、711室
、方案背景
我國煤炭儲量豐富，探明煤炭儲量超過1.5萬億噸，位居世界前列。2022年我國能源消費總量是54.1億噸標準煤，其中煤炭消費量占能源消費總量的56.2%，2022年我國煤炭產(chǎn)量為44.96億噸，是世界上產(chǎn)煤量的國家。
然而煤炭資源的開采也引發(fā)了一系列問題，如采動引起的覆巖破壞變形可能導致支持系統(tǒng)失穩(wěn)，對采礦工人的生命造成威脅；采空區(qū)上方覆巖的變形會造成地表的沉降變形，對采煤地區(qū)的環(huán)境造成產(chǎn)生重大影響，影響土地資源的利用；煤層采動覆巖變形可能導致堆積體滑塌，導致排水系統(tǒng)阻塞或遭到破壞；此外，煤層采動覆巖變形可能使瓦斯逸出管道斷開，終造成瓦斯爆炸事故，對人員造成傷害。為了減少這些風險，需要對煤層采動覆巖變形進行持續(xù)監(jiān)測，并及時采取有效措施。分布式光纖傳感技術具備可長距離監(jiān)測、抗電磁干擾、耐腐蝕、高靈敏度、安裝方便等優(yōu)點，可以實現(xiàn)煤礦監(jiān)測，為瓦斯治理、礦壓防治、離層水害防治等提供保障。
隨著煤炭工業(yè)的不斷發(fā)展，煤炭開采的范圍也逐漸向縱深處發(fā)展，豎井井工的開采方式逐漸成為煤礦開采的重要方式，煤礦井筒屬于深長型型結構，其耐久性要求較高，同時由于地下水、地應力和有害化學物質等環(huán)境因素的影響，會導致井壁出現(xiàn)開裂受損等現(xiàn)象，進而對井壁結構承載力產(chǎn)生威脅，甚至可能導致立井結構直接出現(xiàn)失穩(wěn)、坍塌等嚴重災害事故，嚴重威脅井下工作人員的生命，因此對井筒變形實時監(jiān)測，對保障煤礦生產(chǎn)具有重要意義。
二、方案概述
1）采動覆巖分布式光纖監(jiān)測
利用分布式光纖傳感技術可以在煤礦采區(qū)內實現(xiàn)實時連續(xù)監(jiān)測，為使應變傳感光纜與覆巖更好地耦合，根據(jù)實際勘察的情況，在未開采的煤層上方圍巖處垂直向下打一鉆孔，采用鉆孔埋入法將光纜綁在PVC管上植入鉆孔中，在與通信光纜、法蘭連接后，引至大巷，采用精度更高的BOTDA模式，將光纜兩端均接入分布式光纖解調儀，隨著工作面的推進，開采工作逐漸靠近監(jiān)測孔時，采區(qū)的影響圈也逐漸靠近監(jiān)測孔，應變傳感光纜可以感知到在此過程中覆巖體的變形，并通過分布式光纖解調儀將數(shù)據(jù)展現(xiàn)給用戶。根據(jù)傳感光纜的拉應變分布及應變量的大小可以分析圍巖松動圈的范圍，根據(jù)其應變狀態(tài)及其變化，再結合地層的分布特征，可以分析出地層變形狀態(tài)并能夠對采動過程中的離層變形進行監(jiān)測和分析。根據(jù)監(jiān)測及分析所得到的數(shù)據(jù)，用戶可以針對性的優(yōu)化改進采煤和支護措施，同時及時補救采動帶來的風險。
2）煤礦井筒分布式光纖監(jiān)測
起初，研究人員對煤礦井筒的變形監(jiān)測主要是通過布設光纖光柵傳感器的方式，取得了一定的研究成果，但是由于光纖光柵傳感器屬于準分布式的傳感器，雖然比傳統(tǒng)點式傳感器的效果有所改善，但是在井筒長距離、大范圍的監(jiān)測優(yōu)勢不大。我司的分布式光纖監(jiān)測方案在大范圍、長距離的監(jiān)測中優(yōu)勢明顯，通過在井壁豎向和環(huán)向布設應變傳感光纜，可以實時監(jiān)測井壁應力變形情況，監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)奖O(jiān)測站中的分布式光纖解調儀中，可以幫助用戶及時發(fā)現(xiàn)風險，使得采煤作業(yè)更加可靠。
三、監(jiān)測方案示意圖
采動覆巖分布式光纖監(jiān)測方法示意圖
井筒變形監(jiān)測分布式光纖布設示意圖
四、方案功能特點
1）耐水性、電絕緣好、耐腐蝕，抗電磁干擾；
2）通信容量大、速度快、靈敏度高，可遠距測量；
3）分布式光纖解調儀的監(jiān)測距離長，超過60km，可以根據(jù)用戶的需求進行選擇，設定的空間分辨率在整個距離范圍內保持不變，光學預算高，光纖安裝余地大；
4）監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)有效性高，可提供大壩完整性危害的實時信息；
5）專有的監(jiān)測軟件確保對檢測到的事件進行智能分析，建立有效的通信預警，并小化誤報。
五、主要監(jiān)測設備