通过利用高质量光纤压力传感器测量矿井大气压力

矿井是形成地下煤矿生产系统的井巷、硐室、装备、地面建筑物和构筑物的总称。有时把矿山地下开拓中的斜井、竖井、平硐等也称为矿井。每一个矿井的井田范围大小、矿井生产能力和服务年限的确定，是矿井自体设计中必须解决好的关键问题之一。矿井生产能力一般是指矿井的设计生产能力，以万t／a表示。有些生产矿井原来的生产能力由于种种原因需要改变，因而要对矿井各生产系统的能力重新核定，核定后的综合生产能力称核定生产能力。

在地底下开采的矿山。有时把矿山地下开拓中的斜井、竖井、平硐等也称为矿井。矿井开拓对金属矿山或采煤矿井的生产建设的全局有重大而深远的影响，它不仅关系矿井的基建工程量，初期投资和建井速度，更重要的是将长期决定矿井的生产条件、技术经济指标。矿井开拓即从地面向地下开掘一系列井巷，通至采区。矿井开拓需要解决的主要问题是：正确划分井田，选择合理的开拓方式，确定矿井的生产能力，按标高划分开采水平，选择适当的通风方式，进行采区部署以及决定采区开采的顺序等。矿井开拓通常以井筒的形式分为平硐开拓、斜井开拓和立井开拓。采用合理的采矿方法是搞好矿井生产的关键。

煤层在形成时，一般都是水平或者近水平的，在一定范围内是连续完整的。但是，在后来的长期的地质历史中，地壳发生了各种运动，是煤层的空间形态发生了变化，形成了单斜构造、褶皱构造和断裂构造等地质构造。我们采煤就要注意煤层的走向倾向和倾角。

矿井的开拓可以分成立井开拓，斜井开拓，平硐开拓和综合开拓，主井和运输巷等都需要永久的支护，可以采用砌碹支护，架拱支护，架蓬支护，锚杆支护，锚喷支护，锚网喷支护，锚索支护，金属拱形支架支护，料石支护，钢筋混凝土支护，当然还有各类支护之间的联合支护。采掘工作面就需要临时支护了，主要有打点柱，液压支柱支护，木支柱支护等方式。采煤一般都采用后退式采煤，边采边加强支护。采空区一般使用充填法或自然垮落法处理顶板。

矿井大气压力变化与井深有直接的关系，这是由于矿内空气温度受地层岩体温度与深度之间的温度梯度dt／dz（在无地下热源条件下）的影响，引起延井深方向空气密度p随深度z增加而增大，即dp／dz＞0．由于围岩结构固有温度场的影响，当井深达到200m以上时，通过测试可以发现矿内空气的密度延井深方向有较大的差异，存在着若干个不均匀的密度层。

在欧美一些国家将密度不均匀的流体称为分层流，日本将其称为密度流．我国从20世纪50年代开始，采用异重流的名称．实际上流体中出现分层的现象是相当多的；如：①大气由于重力作用，近地面密度大于高空密度而形成各种层次，深的湖泊、水库和海洋由于日照作用，表面温度高、密度小，深层温度低、密度大，常出现明显的分层，在这类情况中流体内部密度的变化主要在铅垂方向，在水平方向则几乎没有变化；②工业冷却水排入河、湖中时，沿表面水温度高，下部水温低，则发生温差异重流；③矿用局部通风机将新鲜风通过远距离风筒送入工作面时，新鲜风流与工作面污浊风流在风筒出口前方形成密度差二层异重流；④瓦斯与空气的密度不同，当流速低于一临界值时，采区巷道内的瓦斯则在顶板上方聚集形成瓦斯与空气分层异重流．基于流体异重流现象，对分层流作这样的认定和理解：在重力场中密度不均匀的矿内空气形成有层次的流动，其密度变化主要在铅垂方向而形成近于水平的层次．空气流体的密度差形成的原因主要由温度的差异，针对自然界中大气流体分层异重流现象。

基于气压测算标高数学模型和气相压力传感器设计原则，应用数字模拟电路、单片机及其相关电路与编程设计技术，研制开发了用于测算矿井通风系统阻力参数气压（绝压）、相对压力、大气密度和温度及相对标高等常用矿井通风系统技术参数的新型数字仪表．该仪表与已有的气压计相比较增加了空气温度、密度和测点相对标高值（测点绝对高度变化值）的测量．

最后推荐一款可以应用在矿井测量气压的光纤传感器，从国外引进的高质量光纤压力传感器－FOP－M，FOP－M是一种光纤压力传感器，主要用在可能出现高温的场合，如航空和国防。除此之外，此款传感器也是恶劣和危险环境下一般工业应用的有用工具。FOP－M还具备以下优点：不受EI／RFI影响、尺寸小、可在恶劣环境下做可靠测量、精度高以及耐腐蚀等。FOP－M光纤压力传感器基于公认的法布里－珀罗（Fabry－Perot）干涉原理。传感器的独特设计基于对硅膜的偏析测量，这一点与传统的压力测量技术截然不同。压力的改变会引起Fabry－Perot干涉腔长度的变化，而此时，即使温度、EMI、湿度和震荡的环境异常恶劣，我们的光纤信号调理器都可以持续高精度地测量干涉腔的长度。此款压力传感器为业内现有应用提供了更好更可靠的压力测量，同时，该传感器也具备针对工作温度高的新应用的扩展能力。FOP－M光纤压力传感器的max耐温达150°C（302°F），这使它成为任何存在高温场合的科研领域的理想产品。

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