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，*为传统的监测方法是采用压力盒，目前应用*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：0～40MPa                            量程：0-20MPa

精度：2.5%FS                             精度：0.5%FS

对结构的变形监测采用*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**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：5～6米，                           测点深度：3～4米

读数精度：1mm                                读数精度：0.5mm

量程：0～200mm                               量程：0～100mm

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，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

2、铺设光缆所需材料及其要求