基于光纤测温技术的采空区煤温监测研究

发布时间：2017-04-03 16:04

  本文关键词：基于光纤测温技术的采空区煤温监测研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在煤矿井下各地点发生的火灾中,位于采空区内部的火灾是最普遍的、也是最难发现的。实践证明,在煤自燃的早期对煤体周围的温度变化情况进行监测,找出温度异常点,可以有效防止煤自燃火灾的发生。而煤矿现有的火灾监测技术属于多点离散式的监测,漏报比较严重。光纤测温技术作为一种能够实现温度实时、连续在线监测的新技术,在输电线路火灾监测、隧道火灾监测等领域已经被广泛使用,取得了很好的效果。一些煤矿也开始利用光纤测温系统对采空区内部的温度进行监测,但是对于选用哪一种光纤测温技术更适合、光纤在采空区内采用哪种方式铺设更合理等问题的研究还比较少。 通过对现有的几种广泛使用的光纤测温技术的分析,结合煤矿井下采空区火灾监测的具体要求,提出了采用以拉曼散射为基础的矿用光纤测温技术。对选用的拉曼光纤测温技术的测温原理进行了详细的研究,并对现有的用来解调光纤内温度信息的算法进行了优化。 通过对影响光纤测温系统性能优劣的因素分析,发现了决定测温系统能否应用于井下采空区温度监测的三个重要指标：定位发火位置的准确度,测量温度值的准确度以及完成从温度信息的采集到解调所需的时间快慢。通过水浴加热实验对这三性能指标进行了研究,结果表明系统能满足煤矿要求。 根据测温原理设计了测温系统,对组成系统的各部件之间的相互关系进行了研究,并对影响系统硬件选取的因素进行了分析,为系统的进一步优化提供了理论依据。并针对现有采空区内光纤铺设方式的不足,设计了四种光纤铺设方式,并通过对这四种光纤铺设方式优缺点的比较,选择出最佳铺设方式并进行现场铺设。通过对现场测量结果的分析发现,所选的铺设方式能很好地满足采空区火灾监测的需要。
【关键词】：采空区 光纤测温 煤自燃 温度监测 矿井火灾
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD752.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 采空区火灾预测技术国内外研究现状15-19
• 1.2.1 利用煤自燃过程中气体性态变化预测的技术15-17
• 1.2.2 监测煤自燃过程温度变化的技术17-19
• 1.3 光纤测温技术国内外研究现状19-21
• 1.3.1 光纤测温技术国外研究现状19-20
• 1.3.2 光纤测温技术国内研究现状20
• 1.3.3 存在的问题20-21
• 1.4 主要研究内容21-22
• 2 光纤传感器测温原理22-36
• 2.1 光纤传感技术22-25
• 2.1.1 布拉格光栅式温度传感技术22-23
• 2.1.2 布里渊散射式温度传感技术23-24
• 2.1.3 拉曼散射式温度传感技术24-25
• 2.1.4 矿用光纤传感技术的选择25
• 2.2 拉曼散射的量子理论25-27
• 2.3 光时域反射技术27-28
• 2.4 光纤中自发拉曼温度效应28-29
• 2.5 基于拉曼散射测温技术的温度解调方法优化29-34
• 2.5.1 以反斯托克斯光为基础的温度解算29-30
• 2.5.2 利用反斯托克斯与斯托克斯比的解算方法30-31
• 2.5.3 利用反斯托克斯与瑞利散射比的解算方法31-32
• 2.5.4 两种双路解算方法的比较32-34
• 2.6 本章小结34-36
• 3 光纤测温系统的理论设计36-52
• 3.1 系统工作原理36-37
• 3.2 激光器参数选取标准37-44
• 3.2.1 待测拉曼散射信号与入射脉冲光波长的关系37-38
• 3.2.2 测量点最佳入射脉冲光波长的确定38-40
• 3.2.3 激光器入射脉冲光波长与测温系统灵敏度的关系40-41
• 3.2.4 激光器入射脉冲光波长与系统稳定性之间的关系41
• 3.2.5 激光器最优入射脉冲光波长的确定41-43
• 3.2.6 激光器工作峰值功率的估算43-44
• 3.3 测温光纤的选择44-45
• 3.4 光波分复用器(WDM)45-50
• 3.4.1 光纤耦合器46-48
• 3.4.2 光纤滤波器48-50
• 3.5 光电转换器50
• 3.6 数据采集卡50-51
• 3.7 本章小结51-52
• 4 光纤测温系统基础性能实验52-62
• 4.1 光纤测温系统性能影响因素分析52-56
• 4.1.1 温度分辨率52
• 4.1.2 温度响应时间52-53
• 4.1.3 空间分辨率53-55
• 4.1.4 测量精度55
• 4.1.5 动态范围55-56
• 4.2 温度精度测定实验56-58
• 4.3 定位精度测定实验58-59
• 4.4 响应时间测定实验59-61
• 4.5 本章小结61-62
• 5 光纤测温系统在采空区火灾监测中的应用62-72
• 5.1 采空区内光纤的铺设方式研究62-65
• 5.2 矿井基本概况65-67
• 5.2.1 矿井地质情况及开拓方式65-66
• 5.2.2 矿井采空区“三带”分布情况66-67
• 5.3 光纤测温系统在井下工作面的应用67-69
• 5.3.1 光纤测温主机的安装67-68
• 5.3.2 测温光纤在工作面的铺设68-69
• 5.4 数据分析69-71
• 5.5 本章小结71-72
• 6 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 作者简介及读研期间主要科研成果80

【参考文献】

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