分布式光纖測溫系統(tǒng)在塔山煤礦的應用探討

摘 要：煤礦在開采過程中發(fā)生火災的事故，和井下不同空間的位置溫度改變有著直接性的關系。為了更好的預防和及時處理火災事故，實現(xiàn)在礦井的不同位置對溫度實現(xiàn)及時性的監(jiān)測和控制，采用分布式光纖測溫系統(tǒng)有著顯著意義。對此，本文詳細分析分布式光纖測溫系統(tǒng)在塔山煤礦的應用。

關鍵詞：分布式光纖測溫系統(tǒng)；塔山煤礦；應用

1.引言

光纖測量技術是光纖領域當中的一種必然發(fā)展方向之一，因為光纖具備較高的電絕緣性、耐腐蝕性以及柔性，同時在體積、重量方面以及信號傳輸速度方面的優(yōu)勢，在溫度傳感器領域當中的應用空間相當顯著，可以實現(xiàn)許多以往溫度傳感器無法完成的任務。對此，探討分布式光纖測溫系統(tǒng)在塔山煤礦的應用具備顯著意義。

2.分布式光纖測溫系統(tǒng)的技術特點

分布式光纖測溫系統(tǒng)主要是借助光纖實現(xiàn)溫度的感應與信號的傳輸，測溫儀可以準確處理數(shù)據(jù)并上傳導計算機當中進行集中監(jiān)測[1]。感溫光纖的測溫范圍主要為零下20℃到120℃，如果在條件允許的情況下可以采用特制光纖，其測溫溫度范圍為-40～700℃，同時對于污染、濕度、腐蝕、絕緣以及電磁干擾等現(xiàn)象無特殊的處理要求。分布式光纖測溫系統(tǒng)能夠?qū)GBT模塊、環(huán)境溫度實現(xiàn)準確、及時性的監(jiān)測，并按照預先設計的閾值自動的超限報警，并在系統(tǒng)運行過程中對其他設備不會形成任何的通訊干擾和電磁干擾。

分布式光纖測溫系統(tǒng)的具體系統(tǒng)參數(shù)見表1。

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

系統(tǒng)實時檢測監(jiān)控主機與分散于不同區(qū)域數(shù)據(jù)采集單元的網(wǎng)絡連接狀態(tài)，通過監(jiān)控配置可調(diào)整相關通訊參數(shù)。系統(tǒng)展示設備參數(shù)和狀態(tài)，可查看被監(jiān)測高壓電纜整體回路、截面細節(jié)、歷史曲線。系統(tǒng)支持事件欄和手機短信兩種報警方式。事件欄顯示報警時間、設備名稱、主機類型、報警類型、報警描述；手機報警消息根據(jù)用戶需要設置各類事件報警級別，按事件重要級別發(fā)送給不同人群，包括工作級、管理層。

測溫光纜不同的安裝方式：

2.分布式光纖測溫系統(tǒng)的工作原理以及功能

分布式光纖測溫系統(tǒng)報警系統(tǒng)的主要工作原理是借助光纖的后向拉曼散射溫度效應以及光時域反射計原理實現(xiàn)溫度的及時性控制。分布式光纖測溫系統(tǒng)主要是借助拉曼散射效應實現(xiàn)溫度的測量，并借助OTDR技術實行溫度點的定位和控制。在主處理器當中的激光源向著光纖發(fā)射905nm的光脈沖之后，因為光的散射會導致廣播的能量損耗，光脈沖的大部分能量會傳輸?shù)焦饫w末端并逐漸消失，而小部分攜帶溫度的信息會借助后向散射光沿著光纖反射回來，對于這一后向散射光實現(xiàn)過濾分析，并將拉曼散射光和其他后向散射光實行區(qū)分，因為拉曼散射光會攜帶溫度的信息，之后借助上位機對這一部分的拉曼散射光進行分析和處理，并提煉出所需要的環(huán)境溫度信息狀況[2]。

分布式光纖測溫系統(tǒng)的主要功能有兩個方面，一個方面是在礦井和工作面等場景的溫度及時性監(jiān)控，在礦井當中，設計并安裝分布式光纖測溫系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的及時性監(jiān)控，從而達到早期預警的目的[3]。另一方面是借助光纖的長度，實現(xiàn)溫度的分布式測定，在系統(tǒng)當中實行每隔1米的距離測量一次溫度的變化，通過這樣的方式及時發(fā)現(xiàn)礦井當中是否存在某一個位置發(fā)生超溫現(xiàn)象，從而達到及時發(fā)現(xiàn)及時處理的目的。

3.分布式光纖測溫系統(tǒng)在煤礦當中的應用

3.1分布式光纖測溫系統(tǒng)在煤礦井下的應用假設

分布式光纖測溫系統(tǒng)具備測量溫度范圍較廣、測量點分布較廣、信息量采集能力較大、傳輸距離較長、結構簡單以及可靠性較高等優(yōu)勢，同時還具備耐高壓、康復室、抗電磁干擾以及快速定位等功能。對此，將分布式光纖測溫系統(tǒng)合理的應用到塔山煤礦當中的火災預警系統(tǒng)的昂中，具備一定的應用價值。

煤礦井下的生產(chǎn)環(huán)境較為復雜，導致井下電氣設備引發(fā)火災、瓦斯爆炸的事故最主要原因便是溫度的異常提升。分布式光纖測溫系統(tǒng)的應用中，光纖是傳感媒體與傳輸媒體的結合，因為光纖的價值較高滌粘，同時還可以實現(xiàn)長距離的鋪設，所以在井下巷道當中應用分布式光纖測溫系統(tǒng)，在容易發(fā)生火災的地方安裝感應設備，例如配電電纜、輸送皮帶、配電室等部位，安裝光纖，通過實現(xiàn)井下空間的溫度改變情況的及時性描述，并對各種機電運輸設備、長距離的皮帶輸送設備、輸配電電纜以及重要機電設備的溫度參數(shù)給予及時性的監(jiān)測，并準確定位，尋找到已發(fā)事故的溫度閾值和其他相關因素，并建立事故預警的報警模型，按照空間溫度的改變具體情況，明確是否存在火災的發(fā)生因素，并及時進行預判和處理，為煤礦的安全提供基礎。

3.2分布式光纖測溫系統(tǒng)在塔山煤礦當中的應用及其成果

在塔山煤礦當中，分布式光纖測溫系統(tǒng)的分布測試方案設計主要是在傳輸皮帶、集控室方面安裝溫度傳感器。主要是測試運煤皮帶在運行過程中的升溫變化，對膠帶的溫度以及膠帶的其燃點等溫度臨界值進行針對性的對比，并給予溫度的預警控制，確保皮帶本身的安全性和運行性能。監(jiān)測并涉及到的運輸膠帶機主要有四個，同時還需要對5個精煤倉的溫度改變情況進行及時性的監(jiān)督與控制，監(jiān)測散體煤礦的具體升溫情況，保障不會發(fā)生自燃現(xiàn)象。

分布式光纖測溫系統(tǒng)在實際運行和監(jiān)測之后，分布式光纖測溫系統(tǒng)實時在線測試顯示皮帶運輸?shù)臏囟龋⒀刂У拈L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，不會超過30℃，但是長皮帶在個別位置以及小范圍內(nèi)，也存在溫度超過30℃的情況，例如在長度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℃，長度在1200至1250米的位置時，溫度為30℃至32℃。在1350米左右的位置時，溫度為30℃至33℃；在1525至1575米的位置上，溫度為31℃至35℃，在超過2200米長度的皮帶當中，溫度最高能夠達到38℃。整體而言，膠帶運輸機在運行過程中，實際的測量溫度超過36℃的情況仍然存在，其主要是集中在皮帶長度為1000至1100米、1700至1750米以及超過2200米的情況下。對此，應當在此三個膠帶運行溫度相對較高的位置上查詢井下運行情況，并分析升溫的主要因素，采取針對性措施，降低溫度，從而規(guī)避因為溫度過高而導致的膠帶自燃風險。除此之外，相關調(diào)查顯示，一般國內(nèi)生產(chǎn)膠帶運輸機的鋼絲芯皮帶的自燃溫度為300℃左右，所以運行溫度低于臨界自燃溫度點的情況下，膠帶運輸機的使用是最為安全的。

4.總結

綜上所述，通過在塔山煤礦的實際應用分布式光纖測溫系統(tǒng)之后，總結出以下結論：1、分布式光纖測溫系統(tǒng)能夠集成傳感和傳輸為一體，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程的測量和監(jiān)控，并能夠使用在機電設備，特別是膠帶機、煤層自燃發(fā)火的防火預警工程當中；2、分布式光纖測溫系統(tǒng)的采集溫度的整體成本比較低，測量范圍較廣，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的場合當中，滿足煤礦領域的特點和需求；3、膠帶運轉(zhuǎn)的溫度一般為25℃至30℃，如果實際測量時存在溫度超過36℃的點，則應當及時下井查詢原因，并采取針對性措施，預防膠帶自燃而導致的火災事故；4、我國生產(chǎn)膠帶運輸機的鋼絲心皮帶自燃溫度在300℃以上，所以運行溫度低于臨界自燃溫度點的情況下，膠帶運輸機的使用是最為安全的。

參考文獻：

[1]趙聰峰，吳月森.分布式光纖測溫系統(tǒng)在電解鋁行業(yè)應用探討[C]//2014.2014.

[2]李洋.分布式光纖測溫系統(tǒng)在煤礦提升設備上的應用研究[J].現(xiàn)代制造，2015（3）：26-27.

[3]張慧.分布式光纖測溫系統(tǒng)在塔山礦的應用[J].山西煤炭，2015（1）：73-75.

作者簡介：

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 電子信息工程專業(yè)，現(xiàn)供職于蘇州光格設備有限公司，投標主管，工程師，郵編：215000.