礦山安全光纖傳感綜合監(jiān)測預警系統(tǒng)山東省科學院山東微感光電子有限公司劉統(tǒng)玉匯報提綱煤礦安全行業(yè)背景1礦山安全光纖傳感監(jiān)測預警解決方案236425礦用光纖傳感器技術(shù)創(chuàng)新總結(jié)一、煤礦安全行業(yè)背景煤炭是我國最主要的一次能源，約占電能總額70％；2012年煤炭產(chǎn)量36.5億噸，占世界總產(chǎn)量的45％以上；一、煤礦安全行業(yè)背景近年來實施科技興安戰(zhàn)略，煤礦安全生產(chǎn)持續(xù)好轉(zhuǎn)，事故和死亡人數(shù)逐年下降；然而，2012年依然死亡1300余人；煤炭生產(chǎn)依然屬于高危行業(yè)

！5煤礦死亡人數(shù)事故分類統(tǒng)計（2003~2008）煤礦存在瓦斯、頂板、水、火、粉塵等主要災害：一、煤礦安全行業(yè)背景瓦斯和頂板事故死亡人數(shù)占75%以上；隨著煤炭往深部開采，沖擊地壓災害逐年增加；機電設備故障可導致火災、爆炸等次生災害。我國煤礦生產(chǎn)條件極其復雜，災害監(jiān)測預警是世界難題，安全監(jiān)測監(jiān)控是重要手段，傳感器技術(shù)是關(guān)鍵!一、煤礦安全行業(yè)背景一、煤礦安全行業(yè)背景

目前煤礦安全監(jiān)控主要存在以下問題：

1、瓦斯傳感器可靠性差、標校周期短，響應時間長，受電磁場干擾，導致系統(tǒng)誤報；2、由于傳感器需要供電，對采空區(qū)等主要危險源存在監(jiān)測盲區(qū)；3、當煤礦井下發(fā)生災變、監(jiān)控分站及傳感器斷電時，安全監(jiān)控系統(tǒng)癱瘓，影響科學快速施救。因此，迫切需要傳感器技術(shù)創(chuàng)、礦山安全監(jiān)控技術(shù)升級！光纖傳感器使用光纖作為傳感元件，光纖不但用來傳輸信息而且采集信息。在光纖內(nèi)傳輸?shù)募す馄涮匦允芡獠繙囟?、壓力、氣體等影響而發(fā)生改變，通過測量激光波長等參數(shù)，實現(xiàn)對多種物理、化學量的精確檢測。具有下列獨特優(yōu)勢：不帶電、本質(zhì)安全，不受電磁場干擾，長期穩(wěn)定、可靠性高；容量大，便于多點、多參數(shù)、遠距離在線監(jiān)測；性價比高，維護成本低。一、煤礦安全行業(yè)背景二、

礦用光纖傳感技術(shù)創(chuàng)新4、微小光信號檢測

－

創(chuàng)新分布式溫度、應變監(jiān)測3、光纖／激光光譜分析

－

創(chuàng)新多種氣體傳感器1、光纖微結(jié)構(gòu)

－

創(chuàng)新礦用物理量傳感器系列產(chǎn)品2、激光波長精密檢測

－

創(chuàng)新大容量安全監(jiān)控分站光纖光柵是光纖纖芯內(nèi)部沿軸向周期性反射微結(jié)構(gòu)（1mm長度含有約1000個等間距微型反射鏡），是一個反射型的窄帶濾波器。當其溫度、應變等發(fā)生變化時，反射波長發(fā)生改變。1）核心器件-光纖光柵1.光纖微結(jié)構(gòu)

－

創(chuàng)新礦用物理量傳感器系列產(chǎn)品光纖溫度傳感器1.光纖光柵物理量傳感器礦用光纖溫度傳感器，可用于供電設備、電纜接頭、機電裝備狀態(tài)在線監(jiān)測預警；鎧裝光纜、鋼桶型溫度傳感器可用于采空區(qū)溫度在線監(jiān)測。技術(shù)優(yōu)勢：漂移小、長期穩(wěn)定；可用于實時在線監(jiān)測。

采用窄帶半導體激光器頻率跟蹤技術(shù)進行解調(diào)。

在實現(xiàn)高檢測靈敏度的同時，成功地消除了溫度、應變等環(huán)境因素影響。

光纖振動／微震傳感器1.光纖光柵物理量傳感器光纖頂板離層儀礦用光纖頂板離層儀通過內(nèi)部精密的機械結(jié)構(gòu)將位移轉(zhuǎn)化為光纖光柵傳感敏感元件波長的變化，從而進行位移的監(jiān)測。技術(shù)優(yōu)勢：漂移小、長期穩(wěn)定；可用于實時在線監(jiān)測。1.光纖光柵物理量傳感器光纖礦壓傳感器.光纖礦壓傳感器基于光纖光柵原理設計，通過懸臂梁結(jié)構(gòu)，將礦壓轉(zhuǎn)化為光纖光柵波長的變化。技術(shù)優(yōu)勢：采用溫度補償技術(shù)，提高了穩(wěn)定性。光纖錨桿應力傳感器1.光纖光柵物理量傳感器礦用光纖水位傳感器是一種光纖光柵型傳感器，當水位變化時，傳感器底部的彈性膜片受壓力變化，該形變轉(zhuǎn)化為光纖光柵波長的變化。

采用雙光柵設計實現(xiàn)對水位、溫度兩個參數(shù)的測量。1.光纖光柵物理量傳感器光纖麥克風利用聲波對傳感器反射光強度的調(diào)制實現(xiàn)對聲音的檢測；靈敏度高，抗電磁干擾；可用于應急人員定位和無外接電源應急通信。1.光纖光柵物理量傳感器2.激光波長精密檢測

－

創(chuàng)新大容量安全監(jiān)控分站

可連接近300個不同的光纖傳感器（溫度、位移、水位、振動等），覆蓋10km以上。傳統(tǒng)電子分站最多連接16個傳感器，僅覆蓋2km。

寬帶光源L光纖甲烷氣體傳感器3.光纖／激光光譜分析

－

創(chuàng)新氣體傳感器激光經(jīng)過氣室發(fā)射后，產(chǎn)生氣體吸收光譜；

由于不存在化學反應，氣體濃度測量精確穩(wěn)定，無須頻繁標校。光纖甲烷氣體傳感器

－

連續(xù)三年穩(wěn)定運行無維護3.光纖／激光光譜分析

－

創(chuàng)新氣體傳感器創(chuàng)新解決了電子傳感器可靠性差瓶頸！根據(jù)多個被測氣體的吸收光譜，優(yōu)化光源組合。多種氣體檢測儀器采用同一個傳輸光纖和探頭結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對CO、O2、CO2,乙烯、乙烷、乙炔等多種氣體檢測。3.光纖／激光光譜分析

－

創(chuàng)新氣體傳感器

散射效應－可檢測數(shù)十公里內(nèi)鎧裝光纜上各個點的溫度、應變測溫光纜測溫主機分布式溫度檢測4.微小光信號檢測

－

創(chuàng)新分布式溫度、應變監(jiān)測三、礦山安全光纖傳感監(jiān)控預警解決方案4、光纖超大容量

－

實現(xiàn)設備狀態(tài)監(jiān)測預警2、光纖多參數(shù)傳感

－

提升瓦斯安全標本綜合監(jiān)控預警1、光纖無源傳感

－

消除礦山災害監(jiān)測盲區(qū)，提升安全預警能力5、光纖傳感網(wǎng)絡

－

創(chuàng)新礦山斷電應急決策支持能力6、光纖傳感無電

－

提升尾礦庫壩安全監(jiān)測抗雷擊能力3、光纖多參數(shù)

－

礦山微震、礦壓綜合監(jiān)測預警23

基于光纖分布式溫度和標志性氣體在線監(jiān)測，建立了煤炭自燃預測預報系統(tǒng)。多模測溫光纜

光纖溫度、氣體監(jiān)測分站以太網(wǎng)交換機工作面回風進風煤柱CH4、CO傳感器組分布式測溫分站CH4、CO傳感器組CH4、CO傳感器組1光纖無源傳感

－

消除煤炭發(fā)火采空區(qū)監(jiān)控盲區(qū)兗礦集團東灘煤礦1305工作面采空區(qū)溫度監(jiān)測采空區(qū)分布式溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)。

對于高瓦斯、瓦斯突出礦井通過對巷道瓦斯涌出量、環(huán)境溫度、煤層瓦斯壓力、礦壓實時綜合監(jiān)測及變化趨勢分析，建立瓦斯監(jiān)測預警系統(tǒng)。252多參數(shù)傳感

－

光纖瓦斯壓力、瓦斯涌出量、礦壓、溫度綜合監(jiān)測預警

光纖微震傳感器實現(xiàn)礦區(qū)全覆蓋，提升沖擊地壓災害監(jiān)測能力。26兗礦集團興隆莊煤礦光纖微震監(jiān)測波形光纖微震監(jiān)測震源定位與能量圖示3多參數(shù)傳感

－

光纖微震、礦壓綜合監(jiān)測預警27光纖溫度、振動傳感網(wǎng)絡實現(xiàn)煤礦機電設備（壓風、水泵、運輸、供電等）狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)；通過溫度、振動頻譜及烈度特征分析，實現(xiàn)了設備故障預警。壓風機正常運行（左圖）及故障狀態(tài)（右圖）振動時頻圖

山能新汶趙官煤礦壓風機光纖振動傳感器安裝圖4、光纖超大容量

－

實現(xiàn)設備狀態(tài)監(jiān)測預警光纖礦山機電設備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)光纖溫度、振動監(jiān)測網(wǎng)絡鎧裝光纜敷設在皮帶托滾下、或槽鋼內(nèi)皮帶機光纖分布式溫度、振動監(jiān)測軸承滾筒槽鋼30

首創(chuàng)了以井下光纖溫度、有害氣體、語音等傳感器為基礎的應急信息決策支持系統(tǒng)；實現(xiàn)了在井下斷電情況下對災情信息的實時監(jiān)測，為科學高效組織施救提供了技術(shù)支撐。

應急信息及通信系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

光纖無源瓦斯、語音傳感器用于避難硐室光纖甲烷傳感器光纖電話5、光纖傳感網(wǎng)絡

－

創(chuàng)新礦山斷電應急決策支持能力6、光纖傳感

－

提升尾礦庫壩安全監(jiān)測抗雷擊能力基于光纖滲壓、位移、庫水位、干灘長度傳感器建立尾礦庫綜合監(jiān)測預