分布式光纖測溫系統(tǒng)在煤礦皮帶運輸機上的應用分析

張銀學，李東

（臨沂礦業(yè)集團菏澤煤電有限公司，山東 菏澤 274700）

0 引言

現(xiàn)如今我國煤礦行業(yè)發(fā)展迅速，其最主要運輸方式為皮帶傳輸，通常情況下因為工作量較大，導致傳輸過程中問題滋生，比如說打滑、堆煤、電機故障、超溫及過載等，在這些問題的影響下，使?jié)L筒及托輥之間存在打滑摩擦情況，形成一定熱量，不但對傳輸工作的有序進行造成嚴重阻礙，可能會導致嚴重安全事故，造成巨大損失。通過對分布式光纖溫度檢測系統(tǒng)的使用有助于全面監(jiān)督長距離皮帶運輸過程，不但有助于提高工作質(zhì)量，同時能夠減少其他因素的影響，確保傳輸工作的順利進行。

1 分布式光纖測溫系統(tǒng)概述

1.1 結(jié)構及功能概述

根據(jù)分布式光纖測溫系統(tǒng)的設計及使用情況可知，其系統(tǒng)的主要組成部分為光纖通信、光纖傳感、報警控制以及信號解調(diào)等。同時其各個組成部分在系統(tǒng)中的工作情況及運行情況存在明顯差異，基于這一性質(zhì)，可將其劃分為光信號發(fā)射、光信號接收、定標控溫等多種結(jié)構部分。除此之外，對分布式光纖測溫系統(tǒng)硬件結(jié)構進行劃分，可分為測溫主機、光纖傳感器以及相關監(jiān)測系統(tǒng)裝置、報警裝置等[1]。

對分布式光纖測溫系統(tǒng)來說，系統(tǒng)中最為關鍵的部位便是測溫主機，在具體工作階段，不僅可以有效發(fā)射光信號以及全面分析背向散射信號光譜情況，同時還具有一定的信號放大及信號處理功能，對于整個分布式光纖測溫系統(tǒng)的可靠性具有十分重要的意義。多數(shù)情況下，分布式光纖測溫系統(tǒng)下測溫主機溫度的測量區(qū)間為0-7km左右，并且可以對分辨率為0.1℃的溫度進行測量與分析，在這一前提下結(jié)合測溫分析結(jié)果，提供有效的報警信號，對設備運行情況進行全面檢查，幫助工作人員了解光纜線路工作狀態(tài)，為其進行相關工作提供重要數(shù)據(jù)參考[2]。其次，工況機也是分布式光纖測溫系統(tǒng)的主要硬件組成部分，主要作用為保障本地軟件的安裝，同時可以在相關信息收集與數(shù)據(jù)分析的前提下，在系統(tǒng)的幫助下連接測溫主機，使工況機與測溫主機之間具有良好的溝通機制，為整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供保障。光纖溫度傳感器也是分布式光纖測溫系統(tǒng)的主要組成部分，多數(shù)情況下該裝置設置在煤礦皮帶運輸機的皮帶傳輸托輥外側(cè)，其主要作用為實時監(jiān)測運輸過程中的溫度變化信號，進行收集與分析。在該光之進行溫度信號與收集工作階段，不僅具有較高的工作效率，同時其工作運行對光纖的消耗占用非常小，具有較高的測量精度，通過對該裝置的有效利用有助于擴大全部系統(tǒng)的測量范圍，具有十分明顯的優(yōu)勢。監(jiān)測軟件及相關應用系統(tǒng)對分布式光纖測溫系統(tǒng)來說至關重要，在系統(tǒng)實際運行階段能夠提供全過程溫度區(qū)域分布圖，為工作人員了解溫度分布情況提供巨大的便利，同時軟件系統(tǒng)中的報警類型繁多，基于精準溫度監(jiān)測與數(shù)據(jù)支持的作用，能夠全面分析各溫度監(jiān)測點一場數(shù)據(jù)及測量結(jié)果，對其進行分析和明確，之后結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)果進行精準體現(xiàn)，并且具備良好的查詢支持功能，為系統(tǒng)的運行及相關控制命令的有效執(zhí)行提供強有力的保障。最后，報警裝置在分布式光纖測溫系統(tǒng)中的主要作用為通過聲光信號發(fā)揮報警作用，該裝置需要按照系統(tǒng)運行的相關命令，進行聲光信號報警提示，為工作人員及時發(fā)現(xiàn)故障問題提供便利，制定有效的處理措施，進而保證系統(tǒng)監(jiān)測對象的正常運行。

1.2 工作原理

在實際工作階段，分布式光纖溫度檢測系統(tǒng)可以同時對單根光纜進行有效應用，提高溫度監(jiān)測及信息傳輸水平。除此之外，通過對光纖中拉曼散射效應以及光時域反射測量技術的全面使用，能夠了解皮帶傳輸工作中空間溫度的分布情況，為皮帶運輸系統(tǒng)的安全性提供保障。在具體工作階段，拉曼散射效應的主要作用為實時測量情況，光時域反射測量技術的主要作用為定位異常溫度具體位置。激光光脈沖進入光纖傳輸?shù)倪^程中，因為受到一系列其它因素的影響，如密度、應力、材料構成、溫度及形變等，發(fā)生散射，同時部分還會反方向傳播，也被稱作背向光反射，背向光散射的主要內(nèi)容為Raman 散射、RayLeigh散射等。其中Raman散射信號的強弱同溫度之間關系密切，同時對該類信號進行分析相對容易，主要體現(xiàn)在一個波長較長的斯托克斯光與一個波長較短的反斯托克斯光兩種情況[3]。除此之外，對溫度變化情況來說，反斯托克斯光對其十分敏感，因此在實際工作階段使用，斯托克斯光通道只是一種參考通道，反斯托克斯光通道則是一種信號通道，二者的聯(lián)合體現(xiàn)了溫度的絕對值，進而有效實現(xiàn)對光纖溫度信息的分布式采集[4]。

2 分布式光纖測溫系統(tǒng)在煤礦皮帶運輸機上的應用

本文將某煤礦作為主要案例展開分析，詳細分析井下皮帶運輸工作。該煤礦具有三個采區(qū)，其中皮帶傳輸機的數(shù)量為13部，包括4部集中膠帶運輸巷主皮帶運輸機。結(jié)合皮帶實際運行階段時間方面的不同，將光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)應用于GTPD-DI到GTPD-D4的4臺集中運輸巷皮帶機中，與此同時，還需要將傳感器安裝在皮帶機驅(qū)動器、電機、減帶機等構件上，進而實現(xiàn)對各個位置溫度情況的實時、有效監(jiān)測，之后通過主機對收集的數(shù)據(jù)信息展開分析。多數(shù)情況下，溫度測量主機需要安裝在井下位置，之后通過光纖終端盒端口接2根感溫光纜，順沿皮帶機回程托輥合理設置，之后通過夾子將其固定于各個托輥的外側(cè)，在引出光纜沿皮帶機下進行溫度監(jiān)測裝置的安裝。通過對以太網(wǎng)口的有效利用，監(jiān)測主體能夠進行數(shù)據(jù)的傳輸與分析工作。如果監(jiān)測到溫度變化情況，便能夠在第一時間傳輸相應信息[5]。在實際使用過程中，該系統(tǒng)的測量范圍為7km，符合多路感溫光纜的要求。除此之外，對應的探測光纜需要采取多模光纖，并且需要使用阻燃外護套材料，內(nèi)部安裝加強芯，有效提高抗拉抗壓性能，在安裝光纜時，因為其具有較強的柔軟性，安裝較為便利，因此具有良好的傳導性能和抗腐蝕性能。

在具體運行的過程中，該系統(tǒng)功能豐富，主要涵蓋了顯示功能、報警功能、搜索功能、報表功能及分析功能，且全部功能都能夠充分發(fā)揮自身作用，效果理想。在實際工作階段，顯示功能的主要作用為全面監(jiān)督整個系統(tǒng)的溫度情況，將相應的溫度變化曲線有效顯示出來。除此之外，還能有效體現(xiàn)煤礦的分布情況，制成溫度分布圖和溫度曲線。報警裝置安裝于皮帶運輸測量范圍內(nèi)的各個區(qū)域，對一些關鍵位置進行全面監(jiān)測，根據(jù)煤礦的不同情況設置不同的分區(qū)定溫及溫度臨界點預警，了解報警值及對應地理位置，具有光纖斷裂報警功能和設備故障報警功能[6]。搜索功能可以實現(xiàn)對相應數(shù)據(jù)信息的有效搜索查詢，同時能夠打印需要的表格內(nèi)容，為工作人員在系統(tǒng)中對設備運行情況及相關信息進行統(tǒng)計提供了巨大的賓利。報表功能需要工作人員充分利用數(shù)據(jù)技術，結(jié)合用戶的具體要求打印相關報表。分析功能則是根據(jù)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)對溫度發(fā)展趨勢進行全面評估，為工作人員提供有效的信息參考。

3 分布式光纖測溫系統(tǒng)在煤礦皮帶運輸機上的應用效益

在皮帶運輸過程中使用分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)，能夠充分利用光纖本身的特點及優(yōu)勢，實現(xiàn)對皮帶機升溫情況的有效監(jiān)測，將故障問題控制在源頭，從根源處消除故障，避免后續(xù)問題的發(fā)生?，F(xiàn)如今煤礦皮帶運輸中對分布式光纖測溫系統(tǒng)的應用十分廣泛，實現(xiàn)了對煤礦皮帶機運輸系統(tǒng)的全面監(jiān)控、利用，有效提高了綜合管理水平，減少了風險事故發(fā)生風險，提高科學判斷能力，能夠在事前預防故障，消除故障，為礦井的安全運行以及工作人員的安全提供了強有力的保障?；趯Ψ植际焦饫w測溫系統(tǒng)的使用，還可以不斷延伸其應用范圍，最大程度發(fā)揮其作用，不僅能夠應用于礦井皮帶運輸系統(tǒng)中，同時還可以應用于煤礦空區(qū)自然發(fā)火監(jiān)測、礦井光纖瓦斯傳感監(jiān)測、礦井礦震光纖傳感監(jiān)測等多個方面[6]，進而有效強化礦山安全技術能力，降低不良安全事故發(fā)生風險，對于提高企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益，推動社會的平穩(wěn)和諧發(fā)展來說具有重要作用。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，對于煤炭能源的需求量也在不斷提升，在這一趨勢下，采礦技術的有效應用對于提高煤礦生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)安全性具有重要意義。分布式光纖測溫系統(tǒng)在煤礦皮帶運輸機上的應用廣泛，相關工作人員需要加以重視，不斷深入研究，優(yōu)化和改善應用措施，保證其功能作用的最大程度發(fā)揮，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。