基于光纤传感技术的煤矿智能感知系统
基于光纤传感技术的煤矿安全监测
基于光纤传感技术的煤矿安全监测第一章：引言光纤传感技术，是一种基于光学原理，利用光纤进行传输、感知和测量的一种技术。
在煤炭生产过程中，煤矿安全一直是至关重要的问题。
煤矿安全监测是保障煤炭生产的最基本、最重要的措施之一。
传统的煤矿安全监测方法存在许多不足，例如传感器容易受到矿井环境的干扰，难以实现远距离传输和感知等问题。
而基于光纤传感技术的煤矿安全监测系统，则可以有效的解决这些问题，为煤矿安全监测提供了可靠的技术手段。
第二章：光纤传感原理光纤传感是利用光学原理，通过光纤传输光信号并对光信号进行解析，实现对感知物理量的测量。
光纤传感技术可分为两种类型：基于干涉的光纤传感和基于散射的光纤传感。
其中，基于干涉的光纤传感技术可以测量长度、形变、温度、压力等物理量，基于散射的光纤传感技术可以测量应力、形变、温度、湿度等物理量。
光纤传感技术具有灵敏度高、抗干扰性好、无电磁辐射等优点，因此在多个领域得到了广泛应用。
第三章：基于光纤传感技术的煤矿安全监测3.1 基于光纤干涉原理的煤矿安全监测基于光纤干涉原理的煤矿安全监测系统可以实现对煤矿廊道的变形、裂隙、压力等物理量的测量。
该系统通过在煤矿内部敷设光纤传感器，利用光纤传输光信号，在感应物质的作用下，由于光路长度的不同，产生光程差，经过光学解析后获得物理量的测量值。
同时由于光纤传输是光学传输，无电磁辐射，不易受到煤矿环境的影响，因此具有较好的实用性。
3.2 基于光纤散射原理的煤矿安全监测基于光纤散射原理的煤矿安全监测系统可以实现对煤矿巷道内部物理量的测量，例如巷道中发生的或已有的应力、形变、温度变化以及瓦斯等有害气体浓度的监测。
该系统通过在煤矿内部敷设光纤传感器，利用光纤传输光信号，在感应物质的作用下，由于光信号被物质所散射，通过光学解析，获得物理量的测量值。
同时由于基于散射的光纤传感技术具有灵敏度高、抗干扰性好等特点，因此特别适用于煤矿环境下的安全监测。
第四章：光纤传感技术在煤矿安全监测中的应用实例4.1 矿山安全运营监测通过在矿山内敷设光纤传感器，对地表运动、振动、温度、氧气含量等参数进行实时感应和监测，对矿山运营进行监测，避免事故的发生。
基于光纤传感技术的煤矿智能感知系统
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.1 研究背景
◆能源是人类生存和发展的基础，目前中国 “富煤缺油少气”的资源状 况，保证煤炭资源在中长期仍是中国化石能源的主体。
2017年中国能源消费结构图
煤炭在一次能源结构中的比例
数据来源：中国统计年鉴
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.1 研究背景
◆ 近年来，我国煤矿安全已取得了长足进步，但安全生产形势依然严峻。 目前，影响我国安全生产的灾害事故主要为顶板事故和瓦斯事故，占事 故伤亡总人数的70%左右。另外，机电事故、运输事故、水害事故、火灾 事故等群死群伤事故也已成为影响煤矿安全生产的重灾区。研究表明， 解决问题的根本在于推动煤矿智能化、无人化进程。
16 黑龙江省鸡西市城子河区安之顺煤矿发生老空区积水 透水事故，事故造成16人死亡。
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.1 研究背景
◆国家《能源技术革命创新行动计划(2016-2030)》指 出：要全面建成安全绿色、高效智能矿山技术体系。 ◆国家煤矿安全监察局发布的2019年第1号公告关于 《煤矿机器人重点研发目录》中，提出重点研发应用 掘进、采煤、运输、安控和救援5类、38种煤矿机器人。 ◆随着国家加快构建清洁、高效、安全、可持续的现 代能源体系、信息化与工业化的深度融合和“互联网 ＋”的迅猛发展，煤炭开采智能化已成为煤炭工业发展 的需求和必然方向。
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
目录
1. 研究背景 2. 光纤传感式煤矿智能感知系统
3. 煤矿智能感知系统子系统介绍 4. 煤矿应用案例 5. 总结与展望
光纤温度传感器在煤矿井下温度测量系统中的应用
光纤温度传感器在煤矿井下温度测量系统中的应用
苏国民 (淮南矿业集团有限责任公司顾桥煤矿 安徽淮南 230001)
摘 要:本文利用光纤温度传感器来实现对煤矿井下温度的智能测量,着重讨论了光纤温度传感器的原理、特点以及它的使用方法。通
射光子数的比值为：
φa φR = (ka kR )(ν a ν 0 )4 Ra (T ) × exp
[−(α a − α0 )L]
(1)
设 T0 为 已 知 的 起 始 温 度 , 而 通 常 情 况
下 ,Rayleigh散 射 的 温 度 效 应 较 弱 ,与
Raman背向散射的温度效应相比可忽略,
Struts框 架 对 应 的 是 系 统 中 的 控 制 层 , 是 整 个 系 统 架 构 的 枢 纽 部 分 。控 制 层 负 责
程序中业务流程的走向,视图层的重定向 响 应 ,以 及 系 统 中 各 模 块 的 装 配 。控 制 层 部 分 对 日 后 系 统 功 能 的 扩 充 、升 级 、移 植 等 都 相 当 重 要 。Struts的 配 置 应 用 应 实 现 以 下 二 点。
传感检测设备放到被测点,对被测点实施 实 时 测 量 。光 路 部 分 采 用 脉 冲 激 光 发 生 器 , 它能产生间隔为12.2ns的1320nm波长的脉 冲 光 。通 过 1 个 光 耦 合 器 分 离 反 射 回 来 的 散 射 光 ,其 中 反 射 回 来 的 Raman散 射 光 被 光
Spring运行时注入的特性,也就是需要 用到某个属性时,才调用类文件中属性对 应 的 set与 get的 方 法 去 设 置 和 获 取 相 关 对 象属性值,因而每一个运行时注入的属性 在相应的类文件中都有set与get的方法,每 个属性都应以bean的形式标明。
光纤传感技术在矿山安全监测中的应用
光纤传感技术在矿山安全监测中的应用引言光纤传感技术是一种新兴的监测技术，在矿山安全监测中具有广泛的应用前景。
随着矿场规模的不断扩大和深部开采难度的增加，以往传统的监测手段已逐渐不能适应矿山的实际需求。
然而，光纤传感技术的出现带来了新的监测思路和技术手段，不仅可以实现矿山监测的精细化、智能化，同时也能有效地提高矿山的安全监测效率和质量。
因此，本文将重点讲述光纤传感技术在矿山安全监测中的应用。
一、光纤传感技术的基本原理光纤传感技术是一种基于光纤的高精度传感技术，其工作原理是通过光纤中光的传输和反射，实现对矿山温度、应变、光学和声学等物理量的测量。
光纤传感技术的传感基元主要有两种类型：基于强光学效应的传感器和基于弱光学效应的传感器。
其中，基于强光学效应的传感器主要有布里渊散射光纤传感器和拉曼光纤传感器。
而基于弱光学效应的传感器则包括短段光纤传感器、光纤微中空腔传感器以及光纤光栅传感器等。
二、光纤传感技术在矿山安全监测中的应用（一）温度监测矿山深部地温高、变化异常，是矿井安全稳定的一个重要指标。
目前，传统的温度测量手段主要有热电偶、热电阻和红外传感器等，但由于这些传感器的监测精度和响应速度等方面均存在较大问题，因此，这些传感器并不能很好地满足矿山监测的统计和预测需求。
基于光纤布里渊散射原理的传感技术已被广泛应用于矿山的深部地温监测中。
该技术可以将光纤布里渊散射信号转化为温度参数，以此实现对矿山深部温度的实时监测。
与传统的测量方式相比，光纤传感技术具有高稳定性、高带通滤波特性和高精度的优势，能够在实时监测矿山温度变化的同时，得出相应的温度预报，有效的提高了矿山的安全监测能力。
（二）应变监测应变监测主要是针对矿山岩体内部的应变情况进行测量。
应变传感器是众多矿山监测传感器中最常见的一类，其常用的测量技术包括电阻应变传感器、应变片传感器、弹性光纤传感器等。
其中，弹性光纤传感器是一种结构简单、响应速度快、分辨率高的光纤传感器。
煤矿智能化开采光纤传感关键技术体系
煤矿智能化开采光纤传感关键技术体系方新秋1，2， 冯豪天1，2， 梁敏富1，2， 陈宁宁1，2， 吴刚1，2， 宋扬1，2（1. 中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州 221116；2. 中国矿业大学 智能化开采研究中心，江苏 徐州 221116）摘要：智能感知是煤矿智能化开采的首要环节，为智能决策与智能控制提供数据支持。
光纤传感技术因精度高、抗干扰能力和环境耐受能力强、组网复用方式灵活多样等优势，为煤矿开采智能感知提供了解决方案。
在研究光纤传感技术原理基础上，构建了光纤光栅−基材感知信息传递模型，提出了表面粘贴式、刻槽填埋式、表面粘贴基片式光纤光栅封装技术，并进行光谱重构与温度补偿研究，以保障高精度数据感知；开发了高精度光纤光栅钻孔应力传感器、锚杆应力传感器、锚杆测力传感器、顶板离层传感器、温度传感器等开采环境智能感知传感器，光纤光栅支架倾角传感器、支架压力传感器、曲率传感器等采煤工作面装备姿态感知传感器，以及光纤光栅传感器标定工作台，为智能化采煤工作面建设提供了基于光纤传感技术的智能感知设备；整合多种光纤光栅传感器，构建了煤矿开采环境与工作面装备姿态多参量光纤光栅智能感知体系，解决了煤矿开采过程感知数据多源异构容量大、感知设备不易复用、组网难等问题；开发了煤矿开采环境安全预警与装备姿态决策系统软件，形成集“光纤光栅智能感知−动态响应−前兆预警−安全决策”于一体的煤矿开采安全决策体系；分析指出研发多场景适用的特殊材质光纤产品、适应煤矿开采需求的封装技术、兼顾精度与成本的解调仪硬件，将有助于推动光纤传感技术在煤矿智能化开采信息感知方面的应用。
关键词：煤矿智能开采；智能感知；光纤传感；开采环境感知；开采装备姿态感知；多传感器融合；煤矿开采安全决策中图分类号：TD67 文献标志码：AKey technology system of fiber optic sensing for intelligent coal miningFANG Xinqiu 1,2, FENG Haotian 1,2, LIANG Minfu 1,2, CHEN Ningning 1,2, WU Gang 1,2, SONG Yang 1,2(1. School of Mines, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China ； 2. Research Center ofIntelligent Mining, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)Abstract : Intelligent perception is the primary link in intelligent coal mining, providing data support for intelligent decision-making and control. Fiber optic sensing technology provides a solution for intelligent perception in coal mining due to its advantages such as high precision, strong anti-interference capability and environmental tolerance, and flexible and diverse network reuse methods. On the basis of studying the principle of optical fiber sensing technology, the sensing information transmission model between fiber grating and the substrate is constructed. The fiber grating packaging technologies of surface pasted type, grooved landfill type,and surface pasted substrate type are proposed. The spectral reconstruction and temperature compensation are studied to ensure high-precision data perception. The high-precision fiber grating borehole stress sensor, bolt收稿日期：2023-04-15；修回日期：2023-05-11；责任编辑：李明。
光纤传感技术在煤矿安全监测中的应用研究
光纤传感技术在煤矿安全监测中的应用研究随着社会的发展和工业化进程的加快，煤矿作为重要的能源资源供应渠道，发挥着重要而不可替代的作用。
然而，煤矿生产过程中存在着一定的安全隐患，因此对煤矿安全监测进行研究与改进成为公众关注和相关研究人员的重要任务之一。
在过去的几十年里，我国煤矿行业发生了诸多的事故，给生产安全带来了巨大的威胁。
为了提高煤矿生产作业的安全性和安全监测的准确性，光纤传感技术被广泛应用于煤矿安全监测系统中，并取得了显著的成果。
光纤传感技术是一种基于光纤的传感器技术，通过光学原理，利用光纤的光学特性进行测量和监测。
它具有灵敏度高、抗干扰性强、体积小、重量轻等优点，适用于复杂环境下的实时监测和测量。
光纤传感技术在煤矿安全监测中主要应用于以下几个方面：1. 煤矿瓦斯浓度监测瓦斯是煤矿中常见的有害气体，具有可燃性和爆炸性。
利用光纤传感技术可以实时监测煤矿中的瓦斯浓度变化，提前发现瓦斯超标情况，及时采取措施保障矿工的生命安全。
2. 煤矿温度监测光纤传感技术可以实时监测煤矿中不同位置的温度变化。
在煤矿中，温度高涨可能导致火灾等事故的发生。
通过光纤传感技术，可以对煤矿各个区域的温度进行连续监测，及时发现异常，防止事故的发生。
3. 煤矿地质应力监测煤矿地质应力是造成煤矿岩层破裂和坍塌的主要原因之一。
光纤传感技术可以实时监测煤矿内部的地质应力变化，为煤矿安全生产提供重要信息。
4. 煤矿地表沉陷监测煤矿开采会引起地表沉陷，给周边环境和建筑物带来潜在的安全威胁。
光纤传感技术可以实时监测地表沉陷情况，帮助预测地表沉陷的范围和程度，为煤矿开采提供技术支持。
5. 煤矿综合监测系统光纤传感技术还可以用于煤矿的综合监测系统中，实现对煤矿全过程的实时监测。
通过将光纤传感技术与其他传感器技术相结合，可以提高监测系统的准确度和可靠性，全面降低事故的发生概率。
在煤矿安全监测中，光纤传感技术的应用还有很大的发展空间。
随着科技的不断进步，光纤传感技术的灵敏度和精确度还将不断提高，进一步提高煤矿安全监测的效果和可靠性。
光纤传感技术在地下矿井监测中的应用研究
光纤传感技术在地下矿井监测中的应用研究随着国家对煤矿安全要求的不断提高，地下矿井的监测也变得越来越重要。
而光纤传感技术正好能够满足这方面的需求。
本文将探讨光纤传感技术在地下矿井监测中的应用研究。
一、光纤传感技术的原理光纤传感技术（Fiber Optic Sensing，FOS）是一种基于光纤化学或物理响应而进行的测量技术。
简单来说，就是通过光纤作为传感器来进行检测，利用光纤上的各种反射、折射、散射等特性来进行测量。
光纤传感技术在地下矿井监测中的应用也是基于这个原理。
二、光纤传感技术在地下矿井监测中的应用1、矿井温度监测地下矿井深入地下，环境比较特殊，往往会出现高温、高压等情况。
这对煤矿工人的生命安全有着很大的威胁。
而光纤传感技术可以通过测量光纤温度来判断矿井内部的温度变化情况，在发现异常时及时采取应对措施。
2、矿井位移监测地下矿井存在一定的潜在危险，比如矿井坍塌等问题。
而光纤传感技术可以在地下矿井内部布设监测点，通过对光纤的张力变化进行测量，提前预警矿井位移情况，及时采取防护措施，确保工人安全。
3、矿井气体浓度监测在地下矿井中，气体浓度是一个非常重要的指标。
如果气体浓度过高，可能会出现爆炸等严重事故。
而光纤传感技术可以通过外界与光纤相互作用，产生气体浓度变化引起模型情况的光机电信号变化，从而测量气体浓度值，及时发现异常情况。
4、矿井地震监测矿井地震在地下矿井中较为常见，并且往往伴随着大量煤与岩石的崩塌。
而光纤传感技术可利用其在光学线性效应的基础上，通过精密光学测量技术及信号处理技术，快速接受地震信号，实现对矿山地震的实时监测及预警。
这对于矿井生产的安全运行至关重要。
三、结语光纤传感技术在地下矿井监测方面具有广阔的应用前景，能够实现对煤矿的安全生产监控。
随着技术的不断发展，光纤传感技术在地下矿井监测领域的应用将更加广泛。
基于光纤传感技术的煤矿安全监测系统研究
基于光纤传感技术的煤矿安全监测系统研究近年来，煤矿事故频发，导致人员伤亡和巨大经济损失，其安全问题亟需得到有效解决。
光纤传感技术由于其高灵敏度、高分辨率等特点，被广泛应用于煤矿安全监测系统，促进了煤矿安全的提高。
光纤传感技术的优势光纤传感技术是一种利用光纤光学等原理进行测量的技术。
它具有灵敏度高、精度高、抗干扰能力强等特点。
与传统的电子传感器相比，光纤传感器不易受电磁干扰，抗干扰能力更强。
同时，光纤传感器的信号传输距离远，不受电缆传输距离限制，使得监测系统更加灵活、可靠。
基于光纤传感技术的煤矿安全监测系统的构成基于光纤传感技术的煤矿安全监测系统主要分为三部分：传感器部分、信号处理部分和数据传输部分。
传感器部分是监测系统的关键部件。
传感器将物理量转换为光信号，而后被传输到信号处理部分进行处理和分析。
常见的光纤传感器有：光纤光栅传感器、光纤干涉传感器、光纤拉曼传感器等，它们可以用于测量温度、压力、应变等多种物理参数。
信号处理部分是将传感器采集到的光信号进行处理，转化为用户可视化的监测数据。
针对不同的应用场景，信号处理部分可以分为模拟式信号处理和数字式信号处理。
模拟式信号处理具有延时低、功耗小等优势，适用于需要实时监测的场景，而数字式信号处理则可提供更为精确的数据处理和分析。
数据传输部分将监测系统中采集的数据传输给系统用户端，包括数据存储和远程传输。
数据存储常用的方式是将数据保存到云端，保证数据的安全性和可靠性。
数据传输方式通常采用3G、4G、WIFI等，保证数据的实时性和传输的连续性。
光纤传感技术在煤矿安全监测中的应用在煤矿安全监测中，基于光纤传感技术的监测系统可以监测煤矿井下的温度、湿度、氧气浓度、爆炸气体浓度等参数，有效地降低了煤矿事故的发生率。
例如，在井下的爆炸气体浓度监测中，传统的气体监测仪器存在很多缺陷。
传统的气体监测仪器高温易燃，很容易着火燃烧；其次，在高浓度气体环境下存在误差；此外，气体传感器寿命短，需要频繁更换。
光纤光栅传感技术在智能矿井的应用分析
光纤光栅传感技术在智能矿井的应用分析发布时间：2021-05-26T00:46:11.144Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第3期作者：梁志鹏[导读] 根据矿井过程参数测量需求，拟出了光纤光栅温度传感系统在矿井应用解决方案。
国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司陕西神木 719315摘要：本文通过对光纤传感技术的原理、优点、发展趋势、应用进行了分析。
光纤传感器具备本质安全、抗电磁干扰能力强、灵敏度高、耐腐蚀、电绝缘、可摆脱电能束缚等优势，尤其是在矿井潮湿、电磁干扰、易燃易爆的复杂环境中可靠稳定工作。
根据矿井过程参数测量需求，拟出了光纤光栅温度传感系统在矿井应用解决方案。
关键词：光纤传感技术；传感传输一体化；光纤光栅；本质安全光纤传感技术的研究开始于1977年，是衡量一个国家信息化程度的重要标志，同时也是光电技术领域最活跃的分支之一。
作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体难以相比的优点，例如，具有抗电磁和原子辐射干扰的性能；径细、质软、质量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等[1]。
光纤还具备传感传输一体化功能，不仅可以作为感应探头，同时可以兼做光波传输的通道。
长距离测量，易于组成信息网络，传输损耗小，传输距离远，本身具备线性测量关系。
这些优良性能使得光纤传感器特别适用于易燃、易爆、空间严格受限制以及高温、高压、高湿、强电磁干扰等空间距离较大，传统电学传感器不易发挥作用的场所及恶劣环境。
目前光纤传感技术可以对位移、速度、加速度、压力、液位、流量、振动、温度、电压、电流、磁场、浓度、核辐射、气体组分等多达100多种物理参数进行测量，响应时间快、精度和可靠性高。
1、光纤传感技术概况1.1光纤传感器原理与分类光纤传感器是利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性（强度、相位、偏振态、频率、波长）改变的传感器。
它是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质发生变化，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。
基于光纤传输的矿用温度传感器设计策略探讨
基于光纤传输的矿用温度传感器设计策略探讨摘要：针对传统的矿用温度传感器存在抗干扰能力较差、传输速率低、传输距离短的问题,设计了一种基于光纤传输的矿用温度传感器。
传感器采用高精度的Pt100铂电阻作为温度敏感检测元件,同时采用光纤进行传输,显著提高了传感器的检测精度和传输速率。
从电子元器件选型、低功耗运行机制、光纤传输等方面详细介绍了传感器的抗干扰电路、供电电路、光纤通讯电路、信号采样电路、显示电路、报警电路等硬件设计,以及传感器的软件流程设计。
通过试验结果表明,传感器具有传输距离远、通讯速率高、功耗低、精度高的特点,满足煤矿现场恶劣环境下-30℃～200℃的温度监测需求。
关键词：矿用温度传感器；监测；光纤传输对于本课题所要研制的传感器系统而言，其基本出发点就是利用现有工艺条件，采用微型计算机处理技术，提高传感器精度等级和工作稳定性，拓展其功能，并赋予其智能化特征，使传感器不仅能够实时准确地测量环境温度，同时尽可能减少不必要的人工操作，提高工作效率。
本设计采用的数字电路和模拟电路来实现所需功能。
温度信号通过温度敏感元件将温度信号转化为电信号，再经过电压放大和电压频率转换（V/F变换），对频率信号进行计数译码等处理，实现显示报警等功能。
矿用温度传感器将测得的温度值由总线输入到微控制器中，微控制器将采集到的温度值处理，获得高精度的测量结果，送入LED数码管显示，同时计算出对应的频率信号，输出给监控系统的工作分站，上传给监控主机。
如果检测温度超过传感器的温度报警设定值，则发出声光报警提示。
1、光纤传输的矿用温度传感器设计本电路中用的直流电源为单相小功率电源，直流电源的输入为220V的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。
变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。
变压器副边电压通过整流电路由交流电压转换为直流电压。
即将正弦波电压转换为单一方向的脉冲电压。
煤矿矿井光纤传感监测技术
煤矿矿井光纤传感监测技术随着科技的不断发展，煤矿行业也在逐步采用新的技术手段来提高安全性和效率。
其中，矿井光纤传感监测技术成为煤矿安全监控的重要手段之一。
本文将介绍煤矿矿井光纤传感监测技术的原理、应用以及未来的发展趋势。
一、煤矿矿井光纤传感监测技术的原理煤矿矿井光纤传感监测技术是利用光纤传感器对矿井内部环境进行实时监测和数据采集的技术。
光纤传感器通过特殊的光纤材料，将光信号转换成电信号，通过信号分析和处理，可以获得矿井内部各种物理量的数据。
光纤传感器主要包括光纤光栅传感器和光纤布拉格光栅传感器。
光纤光栅传感器是将光信号通过光纤光栅进行传输，根据光栅的干涉效应来实现对物理量的测量。
光纤布拉格光栅传感器则是通过光纤中布拉格光栅的反射腔来测量物理量。
二、煤矿矿井光纤传感监测技术的应用1. 温度监测光纤传感器可以实时监测矿井内部的温度变化。
由于煤矿存在着高温、低温等极限条件，温度的实时监测对矿工的生命安全和设备的正常运行至关重要。
利用光纤传感器可以精确测量不同位置的温度，并及时预警温度异常情况。
2. 压力监测矿井内部的气体压力变化是煤矿安全监控的关键指标之一。
传统的压力监测方法存在着复杂、不准确等问题。
而光纤传感器可以通过测量光纤的应变来实现对矿井内部压力的监测和预警。
这种技术不仅简化了监测设备的安装和维护，还提高了监测数据的准确性。
3. 氧气含量监测矿井内部的氧气含量是煤矿安全的重要指标。
高浓度的瓦斯气体对矿工的生命安全构成威胁，而低氧气含量可能导致窒息等意外。
光纤传感器可以通过光纤中的化学材料来实现对氧气含量的测量，并及时报警。
三、煤矿矿井光纤传感监测技术的发展趋势随着光纤传感技术的不断发展，煤矿矿井光纤传感监测技术在未来也将不断完善和拓展应用领域。
以下是几个发展趋势的展望：1. 多参数监测目前的矿井光纤传感监测技术主要针对单一物理量进行监测，而未来的趋势将是发展多参数监测技术，能够同时监测温度、压力、氧气含量等多个物理量，提供更全面的安全监控措施。
光纤传感技术在矿山环境监测中的应用研究
光纤传感技术在矿山环境监测中的应用研究随着现代科技的发展和工业化进程的加快，对于矿山环境的监测和保护显得越来越重要。
矿山环境中的有害气体、噪声、振动、温度等因素对于工人的健康和矿山设备的安全运行都有着重要影响。
因此，如何利用现代感知技术有效监测矿山环境，保障人员安全、设备高效运行成为对矿山进行科学有效管理的重点。
近年来，光纤传感技术在矿山环境监测中的应用逐渐受到重视。
光纤传感技术以其高精度、长距离传输、抗干扰等优势逐渐成为矿山环境监测中的理想选择。
本文将着重探讨光纤传感技术在矿山环境监测中常见的应用以及其优势。
首先，光纤温度传感技术的应用已经得到了广泛应用。
矿井温度是影响矿工工作效率和安全的关键因素之一。
利用光纤温度传感技术，可以实时监测矿井各个位置的温度变化，帮助矿山管理人员及时处理温度异常问题，加强对矿工的保护。
此外，光纤温度传感技术克服了传统温度检测方法局限性，可以同时监测多个位置的温度变化，并且不受电磁干扰，更加可靠。
其次，光纤压力传感技术在矿山环境监测中也具备重要应用。
矿山环境中存在许多会引发地质灾害的压力因素，如地下水位压力、岩层应力等。
利用光纤压力传感技术，可以实时监测这些压力变化，并在发生异常情况时提前预警，为矿山管理人员做出应对措施提供重要参考。
光纤压力传感技术具有高精度、长距离传输等优势，能够满足矿山环境监测的需求。
另外，光纤振动传感技术在矿山环境监测中也发挥着重要的作用。
矿山内部存在着大量的机械设备和工业生产设备，这些设备的振动情况对于安全运行和预防意外事故具有重要意义。
光纤振动传感技术可以实时监测设备的振动状态，及时发现设备的异常振动情况，为矿山管理人员提供预警信号，降低事故发生的概率。
光纤振动传感技术具有高灵敏度、高分辨率等特点，可以精确测量设备的振动情况。
此外，光纤气体传感技术也在矿山环境监测中发挥着重要的作用。
矿山环境中多种有害气体的排放对于矿工的健康和生产设备的正常运行都存在风险。
基于光纤传感技术的煤矿安全监测与预警系统设计
基于光纤传感技术的煤矿安全监测与预警系统设计煤矿安全监测与预警系统是保障煤矿工作人员生命安全的重要设备。
随着科技的发展，传统的煤矿安全监测与预警方法已经不能满足实际需求，因此基于光纤传感技术的煤矿安全监测与预警系统设计成为了当今煤矿安全监测领域的研究热点。
在过去的几十年中，煤矿事故频繁发生，矿工的生命安全受到了严重威胁。
传统的煤矿安全监测与预警系统主要通过传感器和数据采集设备实现。
然而，这些设备存在着许多局限性，如精度不高、数据传输速度慢、安装维护成本高等。
为了解决这些问题，基于光纤传感技术的煤矿安全监测与预警系统应运而生。
基于光纤传感技术的煤矿安全监测与预警系统设计的核心在于利用光纤作为传感器。
相较于传统光纤传输信息的功能，光纤本身具有较高的抗干扰性和高精度的测量能力，能够满足煤矿安全监测与预警的需求。
首先，基于光纤传感技术的煤矿安全监测与预警系统设计需要选用适合的光纤传感器。
光纤传感器包括光纤光栅传感器、光纤拉曼散射传感器等。
这些传感器可以通过测量光纤的形变、温度、压力等参数，实时监测煤矿内部的环境变化。
其次，设计光纤传感网络是基于光纤传感技术的煤矿安全监测与预警系统的重要环节。
传感器通过光纤将采集到的数据传输到中央处理单元，并实时监测数据的变化。
为了确保数据的可靠传输，光纤传感网络需要具备高可靠性和高带宽的特点。
最后，基于光纤传感技术的煤矿安全监测与预警系统设计还需要配备数据分析与预警系统。
传感器采集到大量的数据，但这些数据需要经过分析和处理才能发挥作用。
数据分析系统能够对传感器采集到的数据进行实时分析，并根据预定的算法进行煤矿安全状态的预测和预警。
基于光纤传感技术的煤矿安全监测与预警系统设计具有以下优势：首先，高精度的测量能力是其最大的优势之一。
光纤传感器可以实现对煤矿环境的高精度测量，能够提供更准确的数据来预测煤矿事故的发生。
其次，光纤传感技术具有较低的成本。
相较于传统的传感器和数据采集设备，采用光纤传感技术可以降低系统的维护成本和运营成本。
科技成果——煤矿井下安全光纤传感综合监控系统
科技成果——煤矿井下安全光纤传感综合监控系统技术开发单位山东微感光电子有限公司适用范围本系统将光纤传感技术与光通信相结合，可自动监测、实时记录煤矿各地点甚至任意位置的多种参数，并能通过光纤专网传输，提高了煤矿安全监测的准确性和实时性，可有效避免事故的发生。
对提高我国煤矿安全技术水平，减少人员伤亡，防控重特大事故发挥作用。
成果简介①光纤光栅技术：光纤光栅传感器就是通过外界物理参量对光纤布拉格（Bragg）波长的调制来获取传感信息的，是一种波长调制型光纤传感器。
②光纤分布式测温技术：采用拉曼散射原理和光时域反射技术可以实现温度和距离的测定。
③光纤气体检测技术：光谱吸收式光纤气体传感器是基于分子振动和转动吸收谱与光源发光光谱间的光谱一致性的传感器。
关键技术关键技术一：低功耗激光甲烷传感器检测技术。
关键技术二：传感器精确的温度压力补偿，快速响应技术。
关键技术三：高性能的防水防尘，抗干扰处理技术。
关键技术四：基于光纤光栅的光纤位移传感器、光纤渗压传感器、光纤水位传感器。
关键技术五：基于光谱扫描的波长解调技术。
主要技术指标（1）具有灵敏度高、动态范围广、长期可靠、抗粉尘、抗潮湿和振动以及本质安全等优点。
（2）甲烷浓度：监测范围0-100%，误差±0.06%（0-9.99%）、真值的±6%（1-100%），响应时间<7s，传输距离>6km。
（3）一氧化碳浓度：监测范围0-1000ppm，分辨率1ppm，误差±10ppm。
（4）乙炔浓度：监测范围0-1000ppm，分辨率0.1ppm，误差±0.5ppm。
（5）乙烯浓度：监测范围1-200ppm，分辨率1ppm，误差±1ppm。
（6）乙烷浓度：监测范围0-500ppm，分辨率1ppm，误差±1ppm。
（7）氧气浓度：监测范围0-25%，分辨率0.1%，误差±0.3%。
（8）钻孔应力：监测范围0-60MPa，分辨率0.05MPa，精度0.5%F.S。
光纤传感技术在井下采煤监测中的应用研究
光纤传感技术在井下采煤监测中的应用研究近年来，光纤传感技术在煤矿井下采煤监测中的应用得到了广泛关注。
利用光纤传感技术，可以实现对井下采煤环境的实时监测和数据采集，提高了采煤安全和效率。
本文将对光纤传感技术在井下采煤监测中的应用研究进行探讨。
一、光纤传感技术概述光纤传感技术是一种新型的传感技术，它利用光纤的特殊物理特性实现对物理量的测量和检测。
光纤传感技术具有灵敏度高、精度高、响应速度快等优点，广泛应用于制造业、医疗和航空航天等领域。
光纤传感技术的原理是利用光纤的折射率随环境变化的特性来实现物理量的测量。
根据光纤传感器的电特性不同，可以将其划分为两类：光纤中心位移测量型传感器和光纤传感网络。
二、光纤传感技术在井下采煤监测中的应用1. 应变传感由于采煤作业常常伴随着巨大的地压变形，因此井下采煤地质条件的复杂性对煤矿的安全管理构成了巨大的挑战。
利用光纤传感技术，可以实现对井下地质情况的实时监测，为采煤作业提供安全保障。
应变传感是利用光纤的弯曲、拉伸等物理特性，实现对应变量测量的一种光纤传感器。
在井下采煤过程中，通过在巨大地压的地质环境中安装光纤传感器，可以实现对地质地形的实时监测，提高采煤作业的安全性。
2. 气体传感煤矿井下采煤作业过程中，瓦斯浓度是影响矿井安全的重要因素之一。
利用光纤传感技术，可以实时监测井下瓦斯浓度变化，提高了采煤作业的安全性。
光纤传感器可通过特殊的光纤技术，实现对瓦斯传感的测量。
光纤传感技术的优点在于不受电磁干扰，灵敏度高，响应速度快等。
3. 温度传感采煤过程中，煤矿井下环境温度波动频繁，温度极值会对矿井内机电设备的正常运行造成影响。
光纤传感技术的出现，可以实现井下温度的实时监测，提高了采煤作业的安全性。
光纤传感器可通过特殊的光纤技术，实现对温度传感的测量。
光纤传感技术具有温度稳定、抗电磁干扰、抗辐射等优点，可以在井下环境中稳定有效地工作。
三、光纤传感技术在井下采煤监测中应用的优势利用光纤传感技术实现井下采煤监测，有以下优势：1. 高精度：光纤传感技术具有高精度和高灵敏度，可以实现对井下环境变化的实时监测。
光纤传感器在煤矿救援系统中的应用
The application of optical fiber sensors in coal minemonitoring and rescuing systemYingna LI1,2,Zhao YANG, Yunfei YANG1,2, Xing OUYANG1,2,Chuan LI1,21. Yunnan Key Lab of Computer Technology Application, Kunming, C hina2. Faculty of Information Engineering and Automation,Kunming University of Science and Technology, Kunming, C hinaEmail: liyingna@Abstract: Based on researching the status of coal mine monitoring and rescue system, this paper analyzes the characteristics of optical fiber sensor, and it’s application in coal mine monitoring and rescuing system. By using FBG technology to monitor the parameters of mine roadway, roof separation and anchor etc., such as temperature, displacement and filling pressure, this paper mainly discusses the locat ion and rescuing of un-derground workers by using the button pressure sensing device for help, which is our labora tory’s research findings.Keywords: Fiber Bragg grating; Monitor system; Mine rescue; Personnel positioning光纤传感器在煤矿监控救援系统中的应用李英娜1，2，杨钊1，2，杨云飞1，2，欧阳鑫1，2，李川1，21. 云南计算机重点实验室，昆明，中国，6505002. 昆明理工大学信息工程与自动化学院,昆明，中国，650500Email:liyingna@摘要：本文在了解煤矿监控救援系统现状的基础上，分析了光纤传感的特点，并讨论了在煤矿监控救援系统中的相关应用。
基于光纤传感技术的智能能源监控系统
基于光纤传感技术的智能能源监控系统智能能源监控系统是一种基于先进技术的智能化能源监测系统，具有高效、精准、稳定等特点。
其中，基于光纤传感技术的智能能源监控系统在市场应用和技术创新中占据着重要地位。
一、光纤传感技术的优势光纤传感技术是一种通过光学原理实现传感的技术，具有很突出的优势。
首先，光纤传感技术具有高精度、高灵敏度、高速度等特点，可以很好地应用于监测各种物理量的变化。
其次，光纤传感技术适用于多种环境，具有很强的适应性。
再者，光纤传感技术在信息传输方面具有很高的可靠性和安全性，可以很好地应用于计算机数据传输和网络通信等方面。
二、智能能源监控系统的构成要素智能能源监控系统主要由传感器、数据采集器、数据库、前端管理系统等构成要素组成。
其中，光纤传感器是智能能源监控系统的重要组成部分，能够实时监测纤芯上光信号的强度和时域波形等信息，将监测数据传输给数据采集器。
数据采集器是一个用于自动采集和存储监测数据的装置，可以将采集到的数据存储到数据库中。
数据库负责存储、管理和分析监测数据，为运维和管理提供基础数据支持。
前端管理系统是智能能源监控系统的用户界面，用户可以通过前端管理系统查询、分析、报告监测数据的状态和趋势等信息。
三、智能能源监控系统的应用场景智能能源监控系统的应用场景比较广泛，包括电力、石油、通信、交通、国防等多个领域。
以电力行业为例，智能能源监控系统可以应用于输电线路的监测、电力设备的监测、电缆故障的诊断等方面。
同时，智能能源监控系统还能够应用于石油工业中的输油管道监测、油田开采中的注水井监测、石油化工厂中的设备运行监测等方面。
四、智能能源监控系统的未来发展随着科技进步和市场需求的变化，智能能源监控系统未来的发展也呈现出一些新趋势。
首先，智能能源监控系统将会更加智能化、自动化，通过人工智能、大数据等技术实现智能监测和智能运维。
其次，智能能源监控系统的网络化和云化趋势将会更加明显，通过互联网、云计算等技术实现设备与设备之间、设备与前端管理系统之间的互联互通。
基于分布式光纤传感技术的煤矿安全监测系统设计
基于分布式光纤传感技术的煤矿安全监测系统设计随着科技的不断发展和进步，一种基于分布式光纤传感的煤矿安全监测系统逐渐崭露头角。
这种系统可将传感器长光纤转化为一个分布式的传感器网络，从而实时监测矿井地质环境和安全状态。
本文将详细讨论基于分布式光纤传感技术的煤矿安全监测系统设计。
一、介绍煤矿安全是一个全球性难题。
当今的煤矿几乎都采用机械化采掘方式。
因此，在采矿过程中，尘、震、温、湿度、气体等事故随时有可能发生，导致住下人员人命伤亡和财产损失。
为了解决这些问题，煤矿安全监测系统应运而生。
传统的煤矿安全监测系统采用的是点式传感器，由于信号只能在传感器内部传输，监测范围有限，难以实现对整个采矿区域进行全面监测。
而基于分布式光纤传感技术的监测系统可以将传感器长光纤转化为一个分布式的传感器网络，覆盖范围广，信息较为全面，从而达到实时监测矿井地质环境和安全状态。
二、设计内容1. 分布式光纤传感技术分布式光纤传感技术采用的是基于拉曼散射光纤光谱测量原理的传感器。
其测量的原理是通过利用光纤的光学特性将长光纤转化为一个分布式的传感网络，利用光的衍射原理确定情况的位置。
它与普通的传感器相比，更稳定、抗干扰能力更强，具有很好的温度和位移分辨率。
2. 系统监测技术基于分布式光纤传感技术的煤矿安全监测系统主要监测以下方面：（1）瓦斯含量的监测：利用传感器采集监测点上不同波长的光信号，按照拉曼光谱的原理进行分析，计算出每个监测点处瓦斯浓度的值，并实时传输到指定设备上。
（2）温度监测：利用光纤明暗程度的变化，根据计算出的光功率谱密度值，测量温度的分布情况，实现温度数据的高分辨率、全方位实时监测。
（3）变形监测：利用光纤的光学特性，在煤矿各个监测点上放置传感器，实现对煤体变形情况的监测，从而有效避免煤难、冒顶、坍塌等事故的发生。
（4）地质环境监测：利用长光纤布设传感器，测量不同点位处的地质应力、松耦合、地震位置等信息，建立分布式地质保护系统，并实时监测，及早预警。
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16 黑龙江省鸡西市城子河区安之顺煤矿发生老空区积水 透水事故，事故造成16人死亡。
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.1 研究背景
◆国家《能源技术革命创新行动计划(2016-2030)》指 出：要全面建成安全绿色、高效智能矿山技术体系。 ◆国家煤矿安全监察局发布的2019年第1号公告关于 《煤矿机器人重点研发目录》中，提出重点研发应用 掘进、采煤、运输、安控和救援5类、38种煤矿机器人。 ◆随着国家加快构建清洁、高效、安全、可持续的现 代能源体系、信息化与工业化的深度融合和“互联网 ＋”的迅猛发展，煤炭开采智能化已成为煤炭工业发展 的需求和必然方向。
1.1 研究背景
◆ 近年来，我国煤矿安全已取得了长足进步，但安全生产形势依然严峻。 目前，影响我国安全生产的灾害事故主要为顶板事故和瓦斯事故，占事 故伤亡总人数的70%左右。另外，机电事故、运输事故、水害事故、火灾 事故等群死群伤事故也已成为影响煤矿安全生产的重灾区。研究表明， 解决问题的根本在于推动煤矿智能化、无人化进程。
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.1 研究背景
◆能源是人类生存和发展的基础，目前中国 “富煤缺油少气”的资源状 况，保证煤炭资源在中长期仍是中国化石能源的主体。
2017年中国能源消费结构图
煤炭在一次能源结构中的比例
数据来源：中国统计年鉴
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
基于光纤传感技术的 煤矿智能感知系统
Intelligent sensing system of coal mine based on optical fiber sensing technology
中国矿业大学 二〇一九年五月
1
智能开采研究团队简介 团队专注于研究解决煤炭资源开采过程中的智能开采关键技术问题，包括智能工
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.2 煤矿安全智能感知现状
电阻应变式测力锚杆
钻孔应Байду номын сангаас计
数显式综采支架测压表
电磁式监测传感器 ——特点：精度低、人工巡检，费时费工。
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
以第一作者和通讯作者发表论文被SCI、EI收录30篇，ISTP收录2篇，入选中国精 品科技期刊顶尖学术论文领跑者F5000论文3篇，正式出版专著4部；共申请国家发明 专利40多项，已获授权国家发明专利23项，另授权国际发明专利10项；软件著作权授 权5项；相关研究成果获中国煤炭工业协会一等奖一项（排名第一）、省部级科技进 步二等奖4项（其中2项排名第一）。
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
目录
1. 研究背景 2. 光纤传感式煤矿智能感知系统
3. 煤矿智能感知系统子系统介绍 4. 煤矿应用案例 5. 总结与展望
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1
研究背景
2019年12月25日星期三
国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室副主任。入选江苏省 “333高层次人 才培养工程”中青年科学技术带头人、江苏省“六大人才高峰”高层次人才、江苏省 高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师。主持完成国家“863计划”项目子课题、国家 自然科学基金项目及企业委托项目60余项，具有较深厚的研究工作积累。
在线传输
2019年12月25日星期三
1、传感器自动监测，通过有线或无线的方式传输数据； 2、布置电缆线和油压管路线困难、传输距离较短； 3、井下布置监测分站，并采用单片机处理数据，效率不高； 4、传感器现场带电工作，抗干扰能力差，工作不可靠，安 全性低。
光纤传感式煤矿智能感知系统
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.4 智能工作面技术难点及研究方向
序列
难点
问题描述
研究方向
1
工作面自动调直
基于光纤捷联惯导技术的刮板机 调直技术不能实现刮板机形态的 实时调整，且成本较高，在国内
推广难。
低成本、高精度、
基于光纤传感技术的 工作面调直技术
2
液压支架姿态 协同控制
目前自动化及控制技术仅能实现 对单架液压支架姿态控制， 无法实现协同控制。
1.2 煤矿安全智能感知现状
有线 无线
在线式监测系统 ——特点：有源系统，抗干扰能力弱，传输距离短，误差大。
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.3煤矿安全智能感知存在的问题
人工采集
1、采用钻孔方式安装和人工观察记录； 2、定期到井下采集数据，上井后传入计算机，采用专 用软件进行分析； 3、测量数据少且离散，误差大，不能如实反映煤矿安 全参数的连续性和实时性，不能迅速的预测灾害。
建立工作面倾角监测 系统，实现协同控制
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.2 煤矿安全智能感知现状
煤矿安全智能感知技术的研究基础在于监测手段的升级， 但现有监测技术手段落后，远不能有效满足煤矿生产安全要求。
液压式托锚力压力盒
钢弦式压力盒
顶板离层仪
机械式、液压式监测传感器 ——特点：价格便宜、精度低、现场读数、数据滞后。
2017年度煤矿安全事故统计
日期 2017-02-27
2017-03-28
2017-07-05
2017-08-14
死亡人数
事故简况
9 贵州六盘水市钟山区，贵州水城矿业（集团）公司大
河边煤矿发生电机爆炸事故，造成9人死亡。
4
湖南郴州市宜章县，荣福煤矿发生顶板事故，造成4人
死亡。
17 新疆大黄山豫新煤业有限责任公司一号井发生重大瓦 斯爆炸事故，事故造成17人死亡，3人重伤。
作面开采技术、采煤机姿态感知技术、智能支架、刮板机调直技术、光纤智能监测技 术、大数据挖掘及信息融合技术、专家远程故障诊断技术、采动灾害监测预警技术等。
研究方向 （1）煤矿智能开采；（2）矿山智能监测与大数据平台；（3）矿山压力与岩层控制。
团队首席 方新秋：采矿工程博士，东南大学控制工程博士后，教授，博士生导师。现为中