矿山安全光纤传感.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,矿山安全光纤传感,综合监测预警系统,山东省科学院,山东微感光电子有限公司,刘统玉,汇报提纲,煤矿安全行业背景,1,矿山安全光纤传感监测预警解决方案,2,3,6,4,2,5,矿用光纤传感器技术创新,总结,一、煤,矿安全行业背景,煤炭是我国最主要的一次能源，约占电能总额,70,；,2012,年煤炭产量,36.5,亿吨，占世界总产量的,45,以上；,一、煤矿安全行业背景,近年来实施科技兴安战略，煤矿安全生产持续好转，事故和死亡人数逐年下降；然而，,2012,年依然死亡,1300,余人；,煤炭生产依然属于高危行业5,煤矿死亡人数事故分类统计（,200,3,2008）,煤矿存在瓦斯、顶板、水、火、粉尘等主要灾害：,一、煤矿安全行业背景,瓦斯和顶板事故死亡人数占,75%,以上；,随着煤炭往深部开采，冲击地压灾害逐年增加；,机电设备故障可导致火灾、爆炸等次生灾害,。,我国煤矿生产条件极其复杂，,灾害监测预警是世界难题，,安全监测监控是重要手段，,传感器技术是关键,!,一、煤矿安全行业背景,一、煤矿安全行业背景,目前煤矿安全监控主要存在以下问题：,1,、瓦斯传感器可靠性差、标校周期短，响应时间长，受电磁场干扰，导致系统误报；,2,、由于传感器需要供电，对采空区等主要危险源存在监测盲区；,3,、当煤矿井下发生灾变、监控分站及传感器断电时，安全监控系统瘫痪，影响科学快速施救。,因此，迫切需要传感器技术创、矿山安全监控技术升级！,光纤传感器使用光纤作为传感元件，光纤不但用来传输信息而且采集信息,。,在光纤内传输的激光其特性受外部温度、压力、气体等影响而发生改变，通过测量激光波长等参数，实现对多种物理、化学量的精确检测。具有下列独特优势：,不带电、本质安全，不受电磁场干扰，长期稳定、可靠性高；,容量大，便于多点、多参数、远距离在线监测；,性价比高，维护成本低。,一、煤矿安全行业背景,二、,矿用光纤传感技术创新,4,、微小光信号检测,创新分布式温度、应变监测,3,、光纤激光光谱分析,创新多种气体传感器1,、光纤微结构,创新,矿用物理量传感器系列产品,2,、激光波长精密检测,创新大容量安全监控分站,光纤光栅,是光纤纤芯内部沿轴向周期性反射微结构（,1mm,长度含有约,1000,个等间距微型反射镜），是一个,反射型的窄带滤波器,。,当其温度、应变等发生变化时，反射波长发生改变。,1,）核心器件,-,光纤光栅,1.,光纤微结构,创新矿用物理量传感器系列产品,光纤温度传感器,1.,光纤光栅物理量传感器,矿用光纤温度传感器，可用于供电设备、电缆接头、机电装备状态在线监测预警；,铠装光缆、钢桶型温度传感器可用于采空区温度在线监测。,技术优势：,漂移小、长期稳定；,可用于实时在线监测。,采用窄带半导体激光器频率跟踪技术进行解调。,在实现高检测灵敏度的同时，成功地消除了温度、应变等环境因素影响。,光纤振动微震,传感器,1.,光纤光栅物理量传感器,光纤顶板离层仪,矿用光纤顶板离层仪通过内部精密的机械结构将位移转化为光纤光栅传感敏感元件波长的变化，从而进行位移的监测。,技术优势：,漂移小、长期稳定；,可用于实时在线监测。,1.,光纤光栅物理量传感器,光纤矿压传感器,.,光纤矿压传感器基于光纤光栅原理设计，通过悬臂梁结构，将矿压转化为光纤光栅波长的变化。,技术优势：,采用温度补偿技术，提高了稳定性。,光纤锚杆应力传感器,1.,光纤光栅物理量传感器,矿用光纤水位传感器是一种光纤光栅型传感器，当水位变化时，传感器底部的弹性膜片受压力变化，该形变转化为光纤光栅波长的变化。,采用双光栅设计实现对水位、温度两个参数的测量。,1.,光纤光栅物理量传感器,光纤麦克风利用声波对传感器反射光强度的调制实现对声音的检测；,灵敏度高，抗电磁干扰；,可用于应急人员定位和无外接电源应急通信。,1.,光纤光栅物理量传感器,2.,激光波长精密检测,创新大容量安全,监控分站,可连接近,300,个不同的光纤传感器（温度、位移、水位、振动等），覆盖,10km,以上。,传统电子分站最多连接,16,个传感器，仅覆盖,2km,。,宽带光源,L,光纤甲烷气体传感器,3.,光纤激光光谱分析,创新气体传感器,激光经过气室发射后，产生气体吸收光谱；,由于不存在化学反应，气体浓度测量精确稳定，无须频繁标校。,光纤甲烷气体传感器,连续三年稳定运行无维护,3.,光纤激光光谱分析,创新气体传感器,创新解决了电子传感器可靠性差瓶颈！,根据多个被测气体的吸收光谱，优化光源组合。,多种气体检测仪器,采用同一个传输光纤和探头结构，实现对,CO,、,O2,、,CO2,乙烯、乙烷、乙炔等多种气体检测。,3.,光纤激光光谱分析,创新气体传感器,散射效应可检测数十公里内铠装光缆上各个点的温度、应变,测温光缆,测温主机,分布式温度检测,4.,微小光信号检测,创新分布式温度、应变监测,三、矿山安全光纤传感监控预警解决方案,4,、光纤超大容量,实现设备状态监测预警,2,、光纤多参数传感,提升瓦斯安全标本综合监控预警,1,、光纤无源传感,消除矿山灾害监测盲区，提升安全预警能力,5,、光纤传感网络,创新矿山断电应急决策支持能力,6,、光纤传感无电,提升尾矿库坝安全监测抗雷击能力,3,、光纤多参数,矿山微震、矿压综合监测预警,23,基于光纤分布式温度和标志性气体在线监测，建立了煤炭自燃预测预报系统。,多模测温光缆,光纤温度、气体监测分站,以太网,交换机,工作面,回风,进风,煤柱,CH,4,、,CO,传感器组,分布式测温分站,CH,4,、,CO,传感器组,CH,4,、,CO,传感器组,1,光纤无源传感,消除煤炭发火采空区监控盲区,兖矿集团东滩煤矿,1305,工作面采空区温度监测,采空区分布式温度监测数据。,对于高瓦斯、瓦斯突出矿井通过对巷道瓦斯涌出量、环境温度、煤层瓦斯压力、矿压实时综合监测及变化趋势分析，建立瓦斯监测预警系统。,25,2,多参数传感,光纤瓦斯压力、瓦斯涌出量、矿压、温度综合监测预警,光纤微震传感器实现矿区全覆盖，,提升冲击地压灾害监测能力,。,26,兖矿集团兴隆庄煤矿光纤微震监测波形,光纤微震监测震源定位与能量图示,3,多参数传感,光纤微震、矿压综合监测预警,27,光纤温度、振动传感网络实现煤矿机电设备（压风、水泵、运输、供电等）状态监测系统；通过温度、振动频谱及烈度特征分析，实现了设备故障预警。,压风机正常运行（左图及故障状态（右图）振动时频图,山能新汶赵官煤矿压风机光纤振动传感器安装图,4,、光纤超大容量,实现设备状态监测预警,光纤矿山机电设备安全状态监测系统,光纤温度、振动监测网络,铠装光缆敷设在皮带托滚下、或槽钢内,皮带机光纤分布式温度、振动监测,轴承,滚筒,槽钢,30,首创了以井下光纤温度、有害气体,、,语音等传感器为基础的应急信息决策支持系统；实现了在井下断电情况下对灾情信息的实时监测，为科学高效组织施救提供了技术支撑。,应急信息及通信系统拓扑结构,光纤无源瓦斯、语音传感器用于避难硐室,光纤甲烷传感器,光纤电话,5,、光纤传感网络,创新矿山断电应急决策支持能力,6,、光纤传感,提升尾矿库坝安全监测抗雷击能力,基于光纤渗压、位移、库水位、干滩长度传感器建立尾矿库综合监测预警系统。,矿用光纤传感技术创新，实现了无电源、本质安全、远程、多参数、分布式、高精度、高可靠测量；,利用激光替代电流电压，光缆替代电缆，光纤传感替代电子传感技术变革，,减少了煤矿监测盲区；全面提升了对瓦斯、煤炭发火、顶板、冲地地压、设备故障等主要安全隐患监控能力，实现重大技术跨越！,四,.,总结,矿山安全光纤传感综合监测预警技术已在兖矿集团、山能集团、中煤、同煤、龙煤、平煤、陕煤、焦煤、吉煤、开滦等能源集团,50,多个煤矿和,100,多个非煤矿山尾矿库推广应用，有效保障了矿井的安全高效生产，取得了较大的社会和经济效益。,光纤传感也将有力拉动智慧矿山及信息化与矿山安全生产融合，为产业技术提升提供重要技术支撑。,四,.,总结,