矿压监测系统方案.doc

矿压监测系统方案矿压传感器1矿压传感器设计在矿山应力监测中，最为传统的监测方法是采用压力盒，目前应用最广泛的是光弹性应力计。光应力计是一个具有双折射特性的带有轴向圆孔的弹性玻璃圆柱体，将它埋设到岩体钻孔内，可视为无限大岩石平板中嵌入一个同心圆环的平面应力问题。应用弹性力学公式及光测弹性力学的应力光学定律，可以导出岩体应力值。针对传统机械式矿压传感器我们设计了光纤光栅矿压传感器。如图1所示：图1 光纤光栅矿压传感器传统矿压测量主要指标： 光纤光栅矿压传感器指标：量程：040MPa 量程：0-20MPa精度：2.5%FS 精度：0.5%FS对结构的变形监测采用最多的是位移监测。常规的围岩表面收敛测线的布置方式如图2所示，测线测得的数据反映的是相对两个壁面上两点间的相对位移，反映了两点间的收敛变形规律。图2 常规的围岩表面收敛观测测线布置图然而由于采空区顶板随时有可能冒落， 垫层不稳定等安全原因， 大多数采空区已经封闭，很难允许人员进入。为了较准确的对采空区矿岩位移情况进行探测，需要在空区内安装直接测量变形的监测传感器。光纤光栅位移传感器可以实现对采空区变形监测，图三为我们设计的光纤光栅位移传感器。我们的传感器主要用来对顶板下落位移进行监测。图3 矿山用光纤光栅位移传感器传统顶班离层仪指标： 光纤光栅顶板离层仪指标：测点深度：56米， 测点深度：34 米读数精度：1mm 读数精度：0.5mm量程：0200mm 量程：0100mm上述光纤传感器指标是根据设计而得来的，目前传感器指标还需要进一步测试落实。2 矿压传感器井下安装图4 传感器安装示意图我们经过实地调研，决定对这两种传感器采用如下安装方式：光纤锚杆测力计：先用钻孔机在采空区顶板钻一个20的孔，然后将锚杆采用水泥浇注在孔里面，测力传感器安装在顶板外部，当水泥固化后，通过预紧外部螺栓，使测力计受到预压力。光纤离层仪：同样先用钻孔机在采空区顶板钻一个孔，然后将离层仪顶部固定点用水泥浇注于孔顶部，待水泥固化后，再将离层仪尾段固定于孔外端。光缆铺设图5 整个监测系统结构示意图谷架台铁矿矿压和矿震监测系统示意图如上图所示，我们采用一套矿压监测系统监测10个点矿压和10个点位移，一套矿震监测系统监测四个点矿震信号。两套监测系统都放在监控室，通过16芯通信光缆与井下传感器连接。图6 谷架台矿井井上平面图谷架台铁矿矿区结构图如上图所示，有两个井口，我们的监测设备安装在主井口的监控室内，而根据现场考察结果，我们的传感器安装地方在副井口下面+74m水平面处，所以为了施工方便，在从主井口到副井口这段光缆我们在地面上顺着机车轨道铺设，这段距离大约接近两千米。然后光缆顺着井口直接下到+74m水平面处。一直顺着巷道将光缆铺到采空区附近，该水平面平面图如下图所示。然后在该处16芯光缆连接接续盒，从接续盒出来3mm铠装光缆。这些铠装光缆直接用塑料管保护进入采空区顶部，在采空区顶部与安装在顶部的传感器尾纤进行焊接。在顶部的传感器和光缆焊接点都用金属保护盖加以保护。在现场进行光缆铺设时，必须记录每一路光纤损耗和连接信息。图7 谷架台矿井立体图图8 东副井立体图图9谷架台井下+74m水平面平面图图10光缆铺设简图图11采空区注浆填充实物图 图12采空区地面状况图11显示了采空区采完后上面顶板为一般岩石，下层采用水泥砂浆进行空区填充后实景。我们可以看到在填充后，注浆体和岩石之间还会有间隙，因此我们的矿压传感器可以固定在顶板上，光纤也尽量从上部进行铺设，避免注浆施工过程对传感器和光纤损坏。图12为采空区地面实景，由于在注浆时需要水，所以整个采空区湿度很大，同时地面和岩壁水很多，所以对我们施工和传感器设计提出了更高的要求，在整个安装过程中，首先要保证传感器密封防水，其次要保证熔接点防水，光缆接续盒防水，熔接过程防水（熔接机可放置在平板车上）另外针对矿震传感器的安装我们采用的类似于矿压传感器的方式，直接先在顶板上打孔，然后将整个矿震传感器放置在钻好的孔里，用水泥浇注在里面。对于矿震传感器安装方向我觉得还应该再仔细讨论一下。1主要设备、传感器和材料清单设备名称数量光纤微震解调仪4套光纤微震解调仪配套软件1光纤应力应变、位移、渗压解调仪4通道 1套解调仪软件 （显示位移和矿压具有存储，定位，可现场标定功能）1套光纤微震传感器匹配光栅型 4个位移、应变传感器制作与标定离层仪 锚杆测力计 20个渗压/温度传感器2个矿用铠装光缆2500米2、铺设光缆所需材料及其要求材料要求数量备注光缆1普通阻燃光缆 16芯2500m普通光缆室内配线箱24芯2个分线盒444接续盒226终端盒12芯10个铁丝3mm50m加固接续盒等用热缩管3mm100法兰盘20光纤跳线110米20FC/APC- FC/APC光纤跳线23米5FC/APC- FC/A