光纖測溫在煤礦井下皮帶輸送機(jī)沿線溫度監(jiān)測中的應(yīng)用

陳瑞利

（汾西礦業(yè)孝義公司正旺煤業(yè)， 山西 孝義 032300）

引言

隨著礦井采深以及開采范圍不斷增加，皮帶輸送機(jī)鋪設(shè)范圍以及運(yùn)輸距離不斷增大[1]。皮帶輸送機(jī)在運(yùn)行過程中受到載荷大、運(yùn)輸距離長、底板底鼓等各種不利因素影響，在局部位置可能出現(xiàn)由于異常摩擦導(dǎo)致溫度升高的問題，局部高溫點(diǎn)會引燃附近煤炭，從而給井下生產(chǎn)安全帶來較大制約[2-3]。為此對皮帶輸送機(jī)沿線溫度進(jìn)行監(jiān)測對提升皮帶輸送機(jī)運(yùn)行可靠性以及安全保障能力等均有顯著促進(jìn)意義[4]。光纖測溫可實(shí)現(xiàn)長距離溫度監(jiān)測，同時具有監(jiān)測靈敏度較高、耐高溫、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，具備傳統(tǒng)溫度傳感器沒有的優(yōu)勢。

1 礦井皮帶輸送機(jī)概況

山西某礦采用斜井+平硐開拓，煤炭運(yùn)輸主要通過皮帶輸送機(jī)，現(xiàn)階段井下皮帶輸送機(jī)總鋪設(shè)長度達(dá)到25.6 km。其中主斜井皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸長度為2890 m，主運(yùn)輸巷皮帶輸送機(jī)運(yùn)行距離達(dá)到3950 m，均采用4 臺功率為1150 kW 電機(jī)帶動運(yùn)轉(zhuǎn)。主斜井以及主運(yùn)輸巷皮帶輸送機(jī)是井下煤炭外運(yùn)的主要通道，受到運(yùn)輸距離長、巷道坡度變化大以及局部空間狹小等因素影響，皮帶輸送機(jī)運(yùn)行過程中難以避免出現(xiàn)故障，當(dāng)故障發(fā)生時容易出現(xiàn)局部高溫。

現(xiàn)階段礦井皮帶輸送機(jī)檢查主要依靠人工巡檢，受到巡檢人員少、巡檢距離長以及井下環(huán)境惡劣等因素影響，人工巡檢無法及時掌握皮帶輸送機(jī)各位置狀態(tài)，同時皮帶輸送機(jī)局部位置處于封閉狀態(tài)，人工巡檢難以掌握封閉點(diǎn)內(nèi)部狀況，導(dǎo)致隱患擴(kuò)大。

2 光纖測溫現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 光纖測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光纖傳感技術(shù)相對于傳統(tǒng)的熱電阻、熱電偶以及磁電式等傳感器具有測量精度高、測量距離長、耐高溫、安裝簡單以及無需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)[5]。礦井選用的光纖測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成見圖1 所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成包括光纖主機(jī)、探測光纖等。探測光纖沿著皮帶輸送機(jī)鋪設(shè)，用以對皮帶輸送機(jī)沿線溫度測定；光纖主機(jī)對探測光纖獲取到的皮帶輸送機(jī)沿線溫度信號進(jìn)行分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時及時發(fā)出預(yù)警信息，光纖主機(jī)可通過RS485 或CAN 總線與監(jiān)控中心連接，從而構(gòu)建完整的預(yù)警系統(tǒng)。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成見圖1 所示。

圖1 光纖測溫系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

2.2 探測光纖鋪設(shè)方式

2.2.1 探測光纖結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場溫度監(jiān)測使用的探測光纖類型為多模光纖，具體結(jié)構(gòu)組成如下頁圖2 所示，使用規(guī)格主要為50/125 μm，光纖表面使用鎧裝護(hù)套保護(hù)，提高光纖抗破壞能力?，F(xiàn)場使用的探測光纖溫度變化敏感，并具備較強(qiáng)的抗拉、抗高溫、抗壓以及阻燃等能力。具體技術(shù)指標(biāo)見表1 所示。

圖2 光纖結(jié)構(gòu)

表1 探測光纖技術(shù)參數(shù)

2.2.2 沿線鋪設(shè)方式

探測光纖常見的鋪設(shè)方式依據(jù)鋪設(shè)路線數(shù)量可細(xì)分為單線式、雙線式以及多線式等。單線式多鋪設(shè)在皮帶輸送機(jī)一側(cè)，該種鋪設(shè)方式僅實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)一側(cè)位置溫度監(jiān)測，當(dāng)非鋪設(shè)側(cè)出現(xiàn)高溫點(diǎn)時則無法及時探知；雙線式在皮帶輸送機(jī)兩側(cè)均鋪設(shè)探測光纖，可實(shí)現(xiàn)兩側(cè)位置溫度實(shí)時監(jiān)測，但是無法掌握皮帶底部溫度情況；多線式則在皮帶輸送機(jī)左右兩側(cè)以及下部位置均鋪設(shè)探測光纖，實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)全斷面溫度監(jiān)測，但是也存在線路鋪設(shè)多、材料使用量大等問題。

通過上述分析，結(jié)合礦井運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)際情況，最終選擇采用多線式鋪設(shè)方式對皮帶輸送機(jī)溫度進(jìn)行測定，將探測光纖分別鋪設(shè)在上部兩側(cè)托輥下方、下托輥下方，具體各探測光纖鋪設(shè)情況如圖3 所示。

圖3 皮帶輸送機(jī)沿線探測光纖鋪設(shè)位置示意圖

2.2.3 驅(qū)動裝置位置鋪設(shè)方式

由于驅(qū)動裝置位置部分設(shè)備處于封閉狀態(tài)，為此提出使用定點(diǎn)探測盤對驅(qū)動裝置溫度探測。具體在驅(qū)動電機(jī)上布置的定點(diǎn)探測盤布置見圖4 所示，通過安裝多個定點(diǎn)探測盤可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動裝置多位置溫度精準(zhǔn)測定，以便發(fā)現(xiàn)驅(qū)動裝置溫度異常位置以及異常情況。

圖4 定點(diǎn)探測盤示意圖

溫度探測使用的定點(diǎn)探測盤為規(guī)格100 mm×100 mm 金屬塊，并在金屬礦內(nèi)鋪設(shè)10～15 m 探測光纖實(shí)現(xiàn)金屬塊全范圍溫度探測，同時使用的金屬塊應(yīng)具備較好的熱傳導(dǎo)性能。

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

在礦井主斜井、主運(yùn)輸巷使用光纖測溫系統(tǒng)后，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)沿線溫度的實(shí)時監(jiān)測，同時系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，上位機(jī)可以曲線形式表現(xiàn)沿線溫度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度異常時，光纖測溫系統(tǒng)可自動確定異常點(diǎn)位置，從而便于相關(guān)人員及時前去處理，提高了故障維修針對性?，F(xiàn)場皮帶輸送機(jī)巡檢人員數(shù)量由以往的5 人減少至3 人，同時地面監(jiān)控中心即可實(shí)時掌握皮帶輸送機(jī)沿線溫度分布情況。

3 結(jié)語

將光纖測溫應(yīng)用到皮帶輸送機(jī)沿線溫度探測中實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)沿線溫度探測，可提高皮帶輸送機(jī)運(yùn)行安全保障能力。文中以主斜井以及主運(yùn)輸巷皮帶輸送機(jī)為工程實(shí)例，對光纖測溫結(jié)構(gòu)組成、光纖鋪設(shè)方式等進(jìn)行闡述。測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通過上位機(jī)即可掌握井下皮帶輸送機(jī)異常高溫點(diǎn)位置，在礦井使用光纖測溫系統(tǒng)后，可明顯降低巡檢人員勞動強(qiáng)度，減少井下作業(yè)人員數(shù)量。