「光纤矿井」光纤传感器：保障矿井安全的“神器”

今天，山东创新网分享「光纤矿井」光纤传感器：保障矿井安全的“神器”。

细如发丝的光纤，像一条条遍布煤矿的神经，一直延伸到最底层、最黑暗的角落，提前探知潜在的危险，为黑暗的矿井中点燃一盏照亮安全的“明灯。”

2015年山东省科技进步一等奖获奖项目“基于光纤传感网络的煤矿安全综合监控系统”就点燃了这样一盏明灯。

光传感：探知矿井“诡秘”

作为山东省科学院激光研究所首席专家，刘统玉在光纤传感技术领域潜心研究并致力于产业化几十年，他所做的，就是让光纤变为提前预知矿井安全的神经，让一切黑暗中的隐患防于未然。

光纤，作为一种特殊的玻璃纤维，从地面深入到几百米的煤矿矿井之下，可监测瓦斯浓度、温度、微震、矿压等关键数据的变化。光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，安全可靠，对电磁干扰、工业干扰也有很强的抵御能力，在煤矿这样的特殊应用场所,就像一个听诊器,为矿井安全诊脉、护航。

在光纤传感器应用到矿井之前，煤矿安全监测主要采用传统的电子类传感器,在危险或密闭区域布设困难，易造成安全监控盲区；电源中断时,应急通信和对灾情信息的数据采集和传输系统会陷入瘫痪。此外，传感器可靠性差、寿命短、维护工作量大、监控系统在信号采集及传输线路中受电磁场干扰严重。更重要的是,利用电能传导,其本身也是“安全隐患”。

更重要的是，相对于矿井下传统的电子传感器，光纤传感还具有重量轻、体积小、绝缘、耐高温、耐腐蚀等许多独特优点，很适合在易燃易爆、高温、高压、潮湿、强电磁场、强腐蚀性等极端恶劣条件下应用，能够对气体、温度、应变、压力、振动等各种参数进行精确测量。同时在组网和传输距离方面更具优势，可实现多点监测。

“煤矿使用的电子甲烷传感器,需要每两周校对一次,费时费力的同时数据不准的情况时有出现。而我们研发和应用的光纤甲烷传感器的标准是6个月维护一次,数据非常准确，目前没有出现过偏差。”刘统玉说。

正是看准了光纤应用的广阔前景，在前行路径的不断探索中，刘统玉带领团队成功开创了光纤传感网络在矿山安全综合监测预警应用的研究及产业化。将原本应用于航空、航天、军工、国防等高端领域的光纤技术成功的引入“地心”。随着产品逐渐定型、熟化,从2007年开始投向应用后,现已形成面向矿山安全应用环境的光纤传感器系列、井下光纤监测综合分站以及矿山安全综合监控和应急信息系统,建立了面向矿山和能源领域的安全生产光纤传感物联网技术体系。目前已在兖矿、淄矿、新矿、枣矿、中煤、莱矿集团等100余座煤矿和金属矿山成功地进行了示范性应用。有20余项新产品通过产品认证,参与制定了3项国家标准。同时，部分产品已逐步在澳大利亚、英国开始推广，提升了我国矿山安全技术领域的国际影响力。

在2011年和2014年煤炭工业协会两次组织的专家鉴定会上，专家组一致认为光纤甲烷微震等传感器技术及综合监测系统达到国际领先水平。

方向：互联网＋光纤传感

作为产学研结合并应用的一次典范，对于整个煤矿产业而言，“基于光纤传感网络的煤矿安全综合监控系统”意义非凡。

“随着煤矿开采深度的增加，矿井灾害日趋严重，亟需研发适合煤矿安全领域应用的新一代传感器和煤矿灾害监测预警系统。”项目的主要完成人之一，兖矿集团副总经理赵增玉介绍，随着采矿难度的提高，更高层次的光纤传感成为需要。“基于光纤传感网络的煤矿安全综合监控系统”是在前期光纤传感网络建设的基础上，结合先进的多维数字矿山信息化软件技术和智能分析技术，所建成的安全性和先进性等级更高的煤矿安全光纤综合监控系统。新系统引入并应用了物联网技术，将煤矿安全监控技术和矿山物联网战略性新兴产业结合起来，首次建立了基于光纤传感网络的煤矿安全综合监控系统，以三维地理信息系统为基础，通过地面地下的光纤传感器网络、无线传感网络等新技术在采矿行业的深层应用，提升了煤矿安全的超前感知能力，实现从监测监控—信息汇集挖掘—分析诊断—预测预报—信息发布—决策支持的闭环运行。同时发明了无温控光纤、激光气体高精度监测技术，解决了激光甲烷传感器功耗大的技术难题。

“新的技术在兖矿的几个主要矿井均已推广应用。”赵增玉介绍，安全性更高、人员应用更少的煤矿是下一步行业发展的必然。兖矿集团在推广煤矿安全信息化的过程中获省科技进步一等奖，对兖矿的发展和行业的发展都有积极的带动示范作用。

“整个兖矿矿山都将进入大数据阶段发展，而数据的全面采集是大数据应用的首要步骤。本次项目真实、连续、精准的采集了数据，为我们下一步进行大数据的数据分析提供了条件。”赵增玉告诉记者，随着国家一带一路“走出去”，兖矿希望将信息化、智能化的现代采矿业推广出国门，而“基于光纤传感网络的煤矿安全综合监控系统”的研发和应用为兖矿采矿技术的输出增加了极具重量的砝码。

对于光纤传感研究的团队来讲，光纤传感的发展，没有终点，没有句点，只有依托产业不断前行，才能和市场同步，为市场所接纳并引领市场。

“产业的发展是个很漫长的过程，对新事物的接受程度也不可能一蹴而就。但是总要往前走，只要往前走，总会发展，总会有好的变化。”对于刘统玉而言，光阴似乎很“慢”，“慢”到他能够静下心来一丝一缕的进行产品每一个细节的梳理完善；但光阴似乎又很“快”，快到他必须时刻调整研究步伐，加快研究步伐。所谓时者，势也。在市场的瞬息万变下，物联网＋光纤传感网成为刘统玉下一步的研发方向。

在他的设想中，一旦将互联网和传感技术融合，物联网、云计算、大数据等等概念或者技术将统统得到了体现。而如果能够把这些技术进行充分的应用和开发，光纤传感技术将真正成为矿井下的一盏“明灯”——“我的目标，就是研发的产品能够更多、更好的应用。物联网方面的技术研发才刚开始，未来还有很长的路要走。这次获奖，对团队是个很大的鼓励，对加快成果推广将产生很大的促进作用”。刘统玉说。（记者 郭春雨）

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