Il carbone è sempre stato la principale fonte di energia in Cina e il monitoraggio geologico delle miniere di carbone è un'importante garanzia per la sicurezza della produzione nelle miniere di carbone. La tecnologia di rilevamento a fibra ottica distribuita presenta i vantaggi dei punti di rilevamento continui, dell'alta precisione, dell'anti-interferenza elettromagnetica, della resistenza alla corrosione, ecc. e svolge un ruolo importante nel monitoraggio geologico delle miniere di carbone. Applicazione. Questo articolo presenta la riflettometria ottica Brillouin nel dominio del tempo,
BOTDR) nel monitoraggio geologico delle miniere di carbone. Questo articolo si concentra sui metodi e sui risultati dell'utilizzo della tecnologia di rilevamento a fibre ottiche distribuite per monitorare la deformazione del terreno nelle aree goaf. I risultati dimostrano che la tecnologia di monitoraggio a fibra ottica distribuita può soddisfare le esigenze di monitoraggio geologico delle miniere di carbone e ha buone prospettive di applicazione.
Il carbone è un'importante fonte energetica principale in Cina e occupa una posizione strategica e dominante nella struttura dell'approvvigionamento energetico. La Cina dispone di abbondanti riserve di carbone, con previsioni di riserve geologiche superiori a 4,5 trilioni di tonnellate. Il carbone rappresenta 60% della struttura di produzione e consumo di energia primaria durante tutto l'anno.
Entro il 2020, il consumo totale di energia primaria nazionale sarà controllato a circa 4,8 miliardi di tonnellate di carbone standard e il consumo di carbone sarà controllato entro 62% [1].
. Si prevede che il carbone rappresenterà ancora 50% della produzione di energia primaria entro il 2050[2].
. La struttura energetica dominata dal carbone non cambierà per molto tempo. Lo sviluppo e l'utilizzo delle risorse di carbone è una scelta inevitabile per la dotazione energetica, la struttura energetica e lo sviluppo economico e sociale.
Nel ciclo di vita delle miniere di carbone, la realizzazione di un'estrazione ecologica e di una produzione sicura di carbone è una priorità assoluta legata allo sviluppo sostenibile e sano dell'industria del carbone. Pertanto, la tecnologia e le attrezzature di supporto geologico della miniera di carbone, in quanto tecnologie chiave per uno sviluppo efficiente, sicuro e verde delle miniere di carbone, sono elencate come Cinque sistemi di garanzia per l'ingresso in miniere efficienti e ad alto rendimento.
Con la continua riduzione delle riserve di carbone poco profonde della Cina, la profondità dell'estrazione del carbone si sta gradualmente sviluppando verso la profondità[3].
. Le gallerie profonde si trovano in condizioni geologiche particolari di elevata geostress, alta temperatura e alta permeabilità [4], che possono facilmente provocare gravi deformazioni della galleria e la pressione dello scavo, che possono portare a esplosioni di roccia, incidenti di esplosione di roccia e incidenti di esplosione di carbone e gas. La probabilità di incidenti dovuti all'ingresso di acqua aumenta [5], compromettendo seriamente la sicurezza della produzione nelle miniere di carbone. Attualmente, l'indagine geologica, la prospezione geofisica, la perforazione, la prospezione chimica e altre tecnologie sono solitamente utilizzate per risolvere i problemi geologici delle miniere di carbone, come la struttura delle bande di carbone, la presenza di gas, la prevenzione e il controllo dei danni causati dall'acqua, e per garantire la sicurezza delle miniere di carbone. produzione sicura[6].
. Le tecnologie sopra citate hanno svolto un ruolo importante nella garanzia geologica delle miniere di carbone, ma ci sono anche problemi come la breve durata dei sensori, i potenziali rischi per la sicurezza dei sensori elettrici e la difficoltà di misurazione in tempo reale.
La tecnologia di rilevamento a fibre ottiche distribuite ha le caratteristiche adatte alle applicazioni ingegneristiche, come la distribuzione continua dei punti di rilevamento, la resistenza alle interferenze elettromagnetiche, l'elevata precisione di misurazione della deformazione, la buona tenacità, la forte resistenza alla deformazione e all'usura, ed è molto coerente con le esigenze applicative del monitoraggio della sicurezza geologica e ingegneristica [7-9].
. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno utilizzato la tecnologia di rilevamento a fibra ottica distribuita per effettuare il monitoraggio della sicurezza di oleodotti e gasdotti [10], il monitoraggio della sicurezza dell'ingegneria geotecnica [11], l'esplorazione petrolifera [12] e il monitoraggio della sicurezza delle linee di trasmissione [13]. La ricerca e l'applicazione sono state condotte a vari livelli. Questo articolo introduce alcune applicazioni della tecnologia di rilevamento a fibra ottica distribuita nell'attuale monitoraggio geologico delle miniere di carbone e fornisce soluzioni per il monitoraggio della stabilità del terreno nei pantani delle miniere di carbone.
Applicazioni.
1 Principio di rilevamento a fibra ottica distribuita
Le onde luminose interagiscono con le particelle presenti nel mezzo della fibra ottica per produrre la diffusione. La luce diffusa nelle fibre ottiche comprende la diffusione di Rayleigh
scattering), Brillouin scattering (scattering Brillouin), Raman scattering (scattering Raman), come mostrato nella Figura 1.
La diffusione Brillouin è prodotta dall'interazione tra fotoni e fononi acustici. A causa dell'effetto Doppler, la luce diffusa Brillouin ha uno spostamento di frequenza νB rispetto alla luce incidente. Quando la luce dell'impulso di rilevamento viene iniettata nella fibra di rilevamento, l'astigmatismo di Brillouin generato in ogni posizione lungo la fibra ritorna all'estremità incidente della fibra lungo il percorso originale della fibra e vi è una buona relazione lineare tra il valore di νB in ogni posizione e la deformazione della fibra in quella posizione. può essere espressa come
Nella formula, vB(ε) è la deriva della frequenza Brillouin effettivamente misurata, vB (0) è la deriva della frequenza Brillouin quando la deformazione è 0, dvB(ε) dε è il coefficiente proporzionale, a 1 Il valore della lunghezza d'onda di 550 nm è di circa 493 MHz/%. Misurando la deriva di frequenza vB della luce diffusa back-Brillouin nella fibra ottica, è possibile ottenere informazioni sulla distribuzione della deformazione lungo la fibra ottica, realizzando così il rilevamento distribuito della deformazione della fibra ottica. Tra le tecnologie di rilevamento distribuito delle deformazioni della fibra ottica attualmente più mature, basate sulla diffusione Brillouin, la tecnologia BOTDR (Brillouin optical time-domain reflectometry) si basa sul principio della riflettometria ottica nel dominio del tempo e sulla diffusione Brillouin spontanea. La tecnologia BOTDR è in grado di ottenere un rilevamento single-ended senza l'utilizzo di fibre ottiche ad anello, con evidenti vantaggi per l'ingegneria geotecnica e geologica. La distanza di prova degli strumenti BOTDR attualmente in commercio può solitamente raggiungere le decine di chilometri, e quando la risoluzione spaziale è dell'ordine di m, la risposta
La precisione del test variabile può essere garantita nell'ordine delle decine di με. Parole chiave: controllo remoto RTU