南京嘉兆儀器設(shè)備有限公司
蔡先生18951611718
地址 南京市玄武區(qū)領(lǐng)智路56號(hào)3幢709、711室
一、方案背景
我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量豐富，探明煤炭?jī)?chǔ)量超過(guò)1.5萬(wàn)億噸，位居世界前列。2022年我國(guó)能源消費(fèi)總量是54.1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的56.2%，2022年我國(guó)煤炭產(chǎn)量為44.96億噸，是世界上產(chǎn)煤量的國(guó)家。
然而煤炭資源的開(kāi)采也引發(fā)了一系列問(wèn)題，如采動(dòng)引起的覆巖破壞變形可能導(dǎo)致支持系統(tǒng)失穩(wěn)，對(duì)采礦工人的生命造成威脅；采空區(qū)上方覆巖的變形會(huì)造成地表的沉降變形，對(duì)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(dòng)覆巖變形可能導(dǎo)致堆積體滑塌，導(dǎo)致排水系統(tǒng)阻塞或遭到破壞；此外，煤層采動(dòng)覆巖變形可能使瓦斯逸出管道斷開(kāi)，終造成瓦斯爆炸事故，對(duì)人員造成傷害。為了減少這些風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)煤層采動(dòng)覆巖變形進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，并及時(shí)采取有效措施。分布式光纖傳感技術(shù)具備可長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)、抗電磁干擾、耐腐蝕、高靈敏度、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)煤礦監(jiān)測(cè)，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(kāi)采的范圍也逐漸向縱深處發(fā)展，豎井井工的開(kāi)采方式逐漸成為煤礦開(kāi)采的重要方式，煤礦井筒屬于深長(zhǎng)型型結(jié)構(gòu)，其耐久性要求較高，同時(shí)由于地下水、地應(yīng)力和有害化學(xué)物質(zhì)等環(huán)境因素的影響，會(huì)導(dǎo)致井壁出現(xiàn)開(kāi)裂受損等現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)井壁結(jié)構(gòu)承載力產(chǎn)生威脅，甚至可能導(dǎo)致立井結(jié)構(gòu)直接出現(xiàn)失穩(wěn)、坍塌等嚴(yán)重災(zāi)害事故，嚴(yán)重威脅井下工作人員的生命，因此對(duì)井筒變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)保障煤礦生產(chǎn)具有重要意義。
二、方案概述
1）采動(dòng)覆巖分布式光纖監(jiān)測(cè)
利用分布式光纖傳感技術(shù)可以在煤礦采區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，為使應(yīng)變傳感光纜與覆巖更好地耦合，根據(jù)實(shí)際勘察的情況，在未開(kāi)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(diào)儀，隨著工作面的推進(jìn)，開(kāi)采工作逐漸靠近監(jiān)測(cè)孔時(shí)，采區(qū)的影響圈也逐漸靠近監(jiān)測(cè)孔，應(yīng)變傳感光纜可以感知到在此過(guò)程中覆巖體的變形，并通過(guò)分布式光纖解調(diào)儀將數(shù)據(jù)展現(xiàn)給用戶。根據(jù)傳感光纜的拉應(yīng)變分布及應(yīng)變量的大小可以分析圍巖松動(dòng)圈的范圍，根據(jù)其應(yīng)變狀態(tài)及其變化，再結(jié)合地層的分布特征，可以分析出地層變形狀態(tài)并能夠?qū)Σ蓜?dòng)過(guò)程中的離層變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。根據(jù)監(jiān)測(cè)及分析所得到的數(shù)據(jù)，用戶可以針對(duì)性的優(yōu)化改進(jìn)采煤和支護(hù)措施，同時(shí)及時(shí)補(bǔ)救采動(dòng)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。
2）煤礦井筒分布式光纖監(jiān)測(cè)
起初，研究人員對(duì)煤礦井筒的變形監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)布設(shè)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(zhǔn)分布式的傳感器，雖然比傳統(tǒng)點(diǎn)式傳感器的效果有所改善，但是在井筒長(zhǎng)距離、大范圍的監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)不大。我司的分布式光纖監(jiān)測(cè)方案在大范圍、長(zhǎng)距離的監(jiān)測(cè)中優(yōu)勢(shì)明顯，通過(guò)在井壁豎向和環(huán)向布設(shè)應(yīng)變傳感光纜，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井壁應(yīng)力變形情況，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)站中的分布式光纖解調(diào)儀中，可以幫助用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，使得采煤作業(yè)更加可靠。
三、監(jiān)測(cè)方案示意圖
采動(dòng)覆巖分布式光纖監(jiān)測(cè)方法示意圖
井筒變形監(jiān)測(cè)分布式光纖布設(shè)示意圖
四、方案功能特點(diǎn)
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(yuǎn)距測(cè)量；
3）分布式光纖解調(diào)儀的監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)，超過(guò)60km，可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行選擇，設(shè)定的空間分辨率在整個(gè)距離范圍內(nèi)保持不變，光學(xué)預(yù)算高，光纖安裝余地大；
4）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連續(xù)有效性高，可提供大壩完整性危害的實(shí)時(shí)信息；
5）專有的監(jiān)測(cè)軟件確保對(duì)檢測(cè)到的事件進(jìn)行智能分析，建立有效的通信預(yù)警，并小化誤報(bào)。
五、主要監(jiān)測(cè)設(shè)備