Использование оптического волокна G-652 для контроля горного массива угольных шахт
Автор: Мехтиев Али Джаванширович, Юрченко Алексей Васильевич, Нешина Елена Геннадьевна, Алькина Алия Даулетхановна
Рубрика: Краткие сообщения
Статья в выпуске: 1 т.20, 2020 года.
Бесплатный доступ
Введение. Актуальность использования волоконно-оптических датчиков для контроля геомеханического состояния массива горных выработок угольных шахт Карагандинского угольного бассейна крайне высока, потому как они относятся к сверхкатегоричным и опасным по внезапному взрыву угольной пыли и газа метана при проведении горных работ в опасных условиях шахт. Волоконно-оптические датчики обладают рядом достоинств: взрывобезопасностью, высокой точностью, скоростью измерения и имеют хорошую линейность характеристик. Цель исследования. Использование оптического волокна стандарта ITU-T G.652.D как датчика для контроля геомеханического состояния массива горных выработок угольных шахт, что является весьма перспективным в плане создания распределенной системы мониторинга, способной своевременно сигнализировать персонал об опасности внезапного обрушения выработки. Материалы и методы. Для отработки методов контроля и измерения геотехнических параметров выработок был разработан имитационный лабораторный стенд на основе волоконно-оптических датчиков. Авторами использовалось кварцевое одномодовое оптическое волокно 9/125 мкм (OS2) Corning SMF-28e+®. В статье предложены системы в двух вариантах исполнения в зависимости от поставленных задач и функциональности. В первом варианте используется известный метод оптической рефлектометрии OTDR (Optical time domain reflectometer). Во втором варианте контролируются значения дополнительных потерь, вызванные механическим воздействием на оптическое волокно. Результаты. При механическом воздействии на оптическое волокно возникают микротрещины, приводящие к изменению свойств света и увеличению дополнительных потерь световой волны, проходящей по нему. Указанные потери можно измерить и установить значения давления на оптическое волокно, также можно определить величину смещения. Заключение. Использование оптического волокна стандарта ITU-T G.652.D для контроля геомеханического состояния массива горных выработок угольных шахт является весьма перспективным, так как разработанные на его основе волоконно-оптические датчики обладают достаточно высокой точностью, скоростью измерения и имеют хорошую линейность характеристик.
Затухание, потери, информационно-измерительная система, оптическое волокно, безопасность, горные работы, дефекты массива, волоконно-оптический датчик
Короткий адрес: https://sciup.org/147232296
IDR: 147232296 | DOI: 10.14529/ctcr200114
Список литературы Использование оптического волокна G-652 для контроля горного массива угольных шахт
- Чотчаев, Х.О. Контроль напряженно-деформированного состояния горного массива звукометрическими и геофизическими методам / Х.О. Чотчаев // Геология и геофизика юга России. - 2016. - № 3. - С. 129-140.
- Буймистрюк, Г.Я. Принципы построения интеллектуальных волоконно-оптических датчиков / Г.Я. Буймистрюк // Фотон-Экспресс. - 2011. - № 6 (43). - С. 38-39.
- Буймистрюк, Г. Волоконно-оптические датчики для экстремальных условий / Г. Буймистрюк // Control engineering. - 2013. - № 3 (45). - С. 34-40.
- A Sensor-Type PC Strand with an Embedded FBG Sensor for Monitoring Prestress Forces / S.T. Kim, Y.-H. Park, S.Y. Park et al. // Sensors. - 2015. - Vol. 15, no. 1. - P. 1060-1070. DOI: 10.3390/s150101060
- Advances Of Optical Fiber Sensors For Coal Mine Safety Monitoring Applications /T. Liu, Y. Wei, G. Song et al. // Proceedings of the 2013 International Conference on Microwave and Photonics. - 2013. - Р. 102-111. DOI: 10.1109/ICMAP.2013.6733455
- Chunde Application Of Distributed Optical Fiber Sensing Technology in the Anomaly Detection of Shaft Lining in Grouting / Chunde Piao, Jun Yuan, Bin Shi et al. // Journal of Sensors. - 2015. - P. 163-169.
- DOI: 10.1155/2015/678634
- Fiber Grating Water Pressure Sensor and System for Mine / X. Liu, C. Wang, T. Liu et al. // ACTA Photonica Sinica. - 2009. - Vol. 38. - P. 112-114.
- Optimizing Fibre Optics for Coal Mine Automation / Atul Kumar, Dheeraj Kumar, U.K. Singh et al. // International Journal of Control and Automation. - 2011. - Vol. 3. - P. 63-70.
- Application of a Distributed Fibre Optic Strain Sensing System to Monitoring Changes in the State of an Underground Mine / H. Naruse, H. Uehara, T. Deguchi et al. // Measurement Science and Technology. - 2007. - Vol. 18, no. 10. - P. 3202-3210.
- DOI: 10.1088/0957-0233/18/10/S23
- Модель волоконно-оптического датчика для мониторинга механического напряжения горных выработок / А.В. Юрченко, А.Д. Мехтиев, Ф.Н. Булатбаев и др. // Дефектоскопия. - 2018. - № 7. - С. 48-56.
- Бейли, Д. Волоконная оптика. Теория и практика / Д. Бейли, Э. Райт. - М.: Кудиц-Образ, 2006. - 320 с.
- Дмитриев, С.А. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и перспективы / С.А. Дмитриев, Н.Н. Слепов. - М.: ООО "Волоконно-оптическая техника", 2005. - 576 с.
- Соколов, А.Н. Волоконно-оптические датчики и системы: принципы построения, возможности и перспективы / А.Н. Соколов, В.А. Яцеев // Измерительная техника. - 2006. - № 4. - С. 142-153.
- Горлов, Н.И. Основные задачи мониторинга современных волоконно-оптических линий передачи / Н.И. Горлов, В.И. Эйрих // Труды Международной научной конференции (Сагиновские чтения № 4). - 2012. - № 2. - С. 68-70.
- Research of the additional losses occurring in optical fiber at its multiple bends in the range waves 1310 nm, 1550 nm and 1625 nm Long / A.V. Yurchenko, N.I. Gorlov, A.D. Mekhtiyev, А.А. Kovtun // IOP Science. Journal of Physics. - 2016. - Vol. 671.
- DOI: 10.1088/1742-6596/671/1/012001
