分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在塔山煤礦的應(yīng)用探討

摘 要：煤礦在開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生火災(zāi)的事故，和井下不同空間的位置溫度改變有著直接性的關(guān)系。為了更好的預(yù)防和及時(shí)處理火災(zāi)事故，實(shí)現(xiàn)在礦井的不同位置對(duì)溫度實(shí)現(xiàn)及時(shí)性的監(jiān)測(cè)和控制，采用分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)有著顯著意義。對(duì)此，本文詳細(xì)分析分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在塔山煤礦的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)；塔山煤礦；應(yīng)用

1.引言

光纖測(cè)量技術(shù)是光纖領(lǐng)域當(dāng)中的一種必然發(fā)展方向之一，因?yàn)楣饫w具備較高的電絕緣性、耐腐蝕性以及柔性，同時(shí)在體積、重量方面以及信號(hào)傳輸速度方面的優(yōu)勢(shì)，在溫度傳感器領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用空間相當(dāng)顯著，可以實(shí)現(xiàn)許多以往溫度傳感器無(wú)法完成的任務(wù)。對(duì)此，探討分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在塔山煤礦的應(yīng)用具備顯著意義。

2.分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)主要是借助光纖實(shí)現(xiàn)溫度的感應(yīng)與信號(hào)的傳輸，測(cè)溫儀可以準(zhǔn)確處理數(shù)據(jù)并上傳導(dǎo)計(jì)算機(jī)當(dāng)中進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)[1]。感溫光纖的測(cè)溫范圍主要為零下20℃到120℃，如果在條件允許的情況下可以采用特制光纖，其測(cè)溫溫度范圍為-40～700℃，同時(shí)對(duì)于污染、濕度、腐蝕、絕緣以及電磁干擾等現(xiàn)象無(wú)特殊的處理要求。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)能夠?qū)GBT模塊、環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、及時(shí)性的監(jiān)測(cè)，并按照預(yù)先設(shè)計(jì)的閾值自動(dòng)的超限報(bào)警，并在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)其他設(shè)備不會(huì)形成任何的通訊干擾和電磁干擾。

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的具體系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表1。

在主井操作室當(dāng)中安裝一整套分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，其中主要包含測(cè)溫主機(jī)、工業(yè)控制機(jī)、機(jī)柜、顯示器、報(bào)警設(shè)備等，在礦井地面工業(yè)場(chǎng)地電纜溝內(nèi)設(shè)置測(cè)溫光纜，在井下巷道設(shè)置礦用測(cè)溫光纜。井下礦用感溫光纜一般敷設(shè)在電纜橋架或吊鉤附近內(nèi)。

系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)監(jiān)控主機(jī)與分散于不同區(qū)域數(shù)據(jù)采集單元的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，通過(guò)監(jiān)控配置可調(diào)整相關(guān)通訊參數(shù)。系統(tǒng)展示設(shè)備參數(shù)和狀態(tài)，可查看被監(jiān)測(cè)高壓電纜整體回路、截面細(xì)節(jié)、歷史曲線。系統(tǒng)支持事件欄和手機(jī)短信兩種報(bào)警方式。事件欄顯示報(bào)警時(shí)間、設(shè)備名稱、主機(jī)類型、報(bào)警類型、報(bào)警描述；手機(jī)報(bào)警消息根據(jù)用戶需要設(shè)置各類事件報(bào)警級(jí)別，按事件重要級(jí)別發(fā)送給不同人群，包括工作級(jí)、管理層。

測(cè)溫光纜不同的安裝方式：

2.分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的工作原理以及功能

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)的主要工作原理是借助光纖的后向拉曼散射溫度效應(yīng)以及光時(shí)域反射計(jì)原理實(shí)現(xiàn)溫度的及時(shí)性控制。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)主要是借助拉曼散射效應(yīng)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量，并借助OTDR技術(shù)實(shí)行溫度點(diǎn)的定位和控制。在主處理器當(dāng)中的激光源向著光纖發(fā)射905nm的光脈沖之后，因?yàn)楣獾纳⑸鋾?huì)導(dǎo)致廣播的能量損耗，光脈沖的大部分能量會(huì)傳輸?shù)焦饫w末端并逐漸消失，而小部分?jǐn)y帶溫度的信息會(huì)借助后向散射光沿著光纖反射回來(lái)，對(duì)于這一后向散射光實(shí)現(xiàn)過(guò)濾分析，并將拉曼散射光和其他后向散射光實(shí)行區(qū)分，因?yàn)槔⑸涔鈺?huì)攜帶溫度的信息，之后借助上位機(jī)對(duì)這一部分的拉曼散射光進(jìn)行分析和處理，并提煉出所需要的環(huán)境溫度信息狀況[2]。

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的主要功能有兩個(gè)方面，一個(gè)方面是在礦井和工作面等場(chǎng)景的溫度及時(shí)性監(jiān)控，在礦井當(dāng)中，設(shè)計(jì)并安裝分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的及時(shí)性監(jiān)控，從而達(dá)到早期預(yù)警的目的[3]。另一方面是借助光纖的長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)溫度的分布式測(cè)定，在系統(tǒng)當(dāng)中實(shí)行每隔1米的距離測(cè)量一次溫度的變化，通過(guò)這樣的方式及時(shí)發(fā)現(xiàn)礦井當(dāng)中是否存在某一個(gè)位置發(fā)生超溫現(xiàn)象，從而達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理的目的。

3.分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在煤礦當(dāng)中的應(yīng)用

3.1分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在煤礦井下的應(yīng)用假設(shè)

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)具備測(cè)量溫度范圍較廣、測(cè)量點(diǎn)分布較廣、信息量采集能力較大、傳輸距離較長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及可靠性較高等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具備耐高壓、康復(fù)室、抗電磁干擾以及快速定位等功能。對(duì)此，將分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)合理的應(yīng)用到塔山煤礦當(dāng)中的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的昂中，具備一定的應(yīng)用價(jià)值。

煤礦井下的生產(chǎn)環(huán)境較為復(fù)雜，導(dǎo)致井下電氣設(shè)備引發(fā)火災(zāi)、瓦斯爆炸的事故最主要原因便是溫度的異常提升。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的應(yīng)用中，光纖是傳感媒體與傳輸媒體的結(jié)合，因?yàn)楣饫w的價(jià)值較高滌粘，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的鋪設(shè)，所以在井下巷道當(dāng)中應(yīng)用分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，在容易發(fā)生火災(zāi)的地方安裝感應(yīng)設(shè)備，例如配電電纜、輸送皮帶、配電室等部位，安裝光纖，通過(guò)實(shí)現(xiàn)井下空間的溫度改變情況的及時(shí)性描述，并對(duì)各種機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備、長(zhǎng)距離的皮帶輸送設(shè)備、輸配電電纜以及重要機(jī)電設(shè)備的溫度參數(shù)給予及時(shí)性的監(jiān)測(cè)，并準(zhǔn)確定位，尋找到已發(fā)事故的溫度閾值和其他相關(guān)因素，并建立事故預(yù)警的報(bào)警模型，按照空間溫度的改變具體情況，明確是否存在火災(zāi)的發(fā)生因素，并及時(shí)進(jìn)行預(yù)判和處理，為煤礦的安全提供基礎(chǔ)。

3.2分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在塔山煤礦當(dāng)中的應(yīng)用及其成果

在塔山煤礦當(dāng)中，分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的分布測(cè)試方案設(shè)計(jì)主要是在傳輸皮帶、集控室方面安裝溫度傳感器。主要是測(cè)試運(yùn)煤皮帶在運(yùn)行過(guò)程中的升溫變化，對(duì)膠帶的溫度以及膠帶的其燃點(diǎn)等溫度臨界值進(jìn)行針對(duì)性的對(duì)比，并給予溫度的預(yù)警控制，確保皮帶本身的安全性和運(yùn)行性能。監(jiān)測(cè)并涉及到的運(yùn)輸膠帶機(jī)主要有四個(gè)，同時(shí)還需要對(duì)5個(gè)精煤倉(cāng)的溫度改變情況進(jìn)行及時(shí)性的監(jiān)督與控制，監(jiān)測(cè)散體煤礦的具體升溫情況，保障不會(huì)發(fā)生自燃現(xiàn)象。

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行和監(jiān)測(cè)之后，分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線測(cè)試顯示皮帶運(yùn)輸?shù)臏囟?，并沿著皮帶的長(zhǎng)度并非是均勻分布的，也存在高低差異，一般溫度在25℃至30℃之間，不會(huì)超過(guò)30℃，但是長(zhǎng)皮帶在個(gè)別位置以及小范圍內(nèi)，也存在溫度超過(guò)30℃的情況，例如在長(zhǎng)度575米的位置上，溫度為32℃至33℃，在710米的位置上，溫度為32℃，在1000至1100米的位置上，溫度在30℃至37℃，長(zhǎng)度在1200至1250米的位置時(shí)，溫度為30℃至32℃。在1350米左右的位置時(shí)，溫度為30℃至33℃；在1525至1575米的位置上，溫度為31℃至35℃，在超過(guò)2200米長(zhǎng)度的皮帶當(dāng)中，溫度最高能夠達(dá)到38℃。整體而言，膠帶運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)際的測(cè)量溫度超過(guò)36℃的情況仍然存在，其主要是集中在皮帶長(zhǎng)度為1000至1100米、1700至1750米以及超過(guò)2200米的情況下。對(duì)此，應(yīng)當(dāng)在此三個(gè)膠帶運(yùn)行溫度相對(duì)較高的位置上查詢井下運(yùn)行情況，并分析升溫的主要因素，采取針對(duì)性措施，降低溫度，從而規(guī)避因?yàn)闇囟冗^(guò)高而導(dǎo)致的膠帶自燃風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，相關(guān)調(diào)查顯示，一般國(guó)內(nèi)生產(chǎn)膠帶運(yùn)輸機(jī)的鋼絲芯皮帶的自燃溫度為300℃左右，所以運(yùn)行溫度低于臨界自燃溫度點(diǎn)的情況下，膠帶運(yùn)輸機(jī)的使用是最為安全的。

4.總結(jié)

綜上所述，通過(guò)在塔山煤礦的實(shí)際應(yīng)用分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)之后，總結(jié)出以下結(jié)論：1、分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)能夠集成傳感和傳輸為一體，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的測(cè)量和監(jiān)控，并能夠使用在機(jī)電設(shè)備，特別是膠帶機(jī)、煤層自燃發(fā)火的防火預(yù)警工程當(dāng)中；2、分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的采集溫度的整體成本比較低，測(cè)量范圍較廣，精確程度較高，空間分辨率比較高，抗電磁干擾的性能較為優(yōu)秀，所以能夠使用在易燃易爆等危險(xiǎn)的場(chǎng)合當(dāng)中，滿足煤礦領(lǐng)域的特點(diǎn)和需求；3、膠帶運(yùn)轉(zhuǎn)的溫度一般為25℃至30℃，如果實(shí)際測(cè)量時(shí)存在溫度超過(guò)36℃的點(diǎn)，則應(yīng)當(dāng)及時(shí)下井查詢?cè)?，并采取針?duì)性措施，預(yù)防膠帶自燃而導(dǎo)致的火災(zāi)事故；4、我國(guó)生產(chǎn)膠帶運(yùn)輸機(jī)的鋼絲心皮帶自燃溫度在300℃以上，所以運(yùn)行溫度低于臨界自燃溫度點(diǎn)的情況下，膠帶運(yùn)輸機(jī)的使用是最為安全的。

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作者簡(jiǎn)介：

朱祎（生于1979年5月2日）女、漢族，江蘇省蘇州市人、2004年畢業(yè)于蘇州大學(xué) 電子信息工程專業(yè)，現(xiàn)供職于蘇州光格設(shè)備有限公司，投標(biāo)主管，工程師，郵編：215000.