帶式輸送機(jī)沿線光纖測溫裝置及安裝方式

吳曉峰

(山西凌志達(dá)煤業(yè)有限公司,山西 長治 046000)

0 引言

煤礦井下環(huán)境相對較差，帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中不可避免地會出現(xiàn)滿載啟動、輸送帶跑偏、托輥卡死、輸送帶沾水打滑等情況。尤其是托輥軸承內(nèi)部容易進(jìn)入煤粉和灰塵，在靠近受料點(diǎn)部位出現(xiàn)灑煤從而造成下托輥表面堆煤而卡死。托輥軸承卡死后，膠帶將與托輥表面摩擦，使得托輥溫度升高,由于托輥的使用數(shù)量是隨著膠帶長度的增加而增加的，從而故障點(diǎn)增多。同時，由于帶式輸送機(jī)支架與膠帶側(cè)邊的距離有限，一旦膠帶發(fā)生跑偏，膠帶邊緣極易摩擦到支架從而產(chǎn)生高溫，甚至引起火災(zāi)[1]。長距離帶式輸送機(jī)溫度檢測點(diǎn)多，對于巡檢人員來說工作難度大，若使用傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻檢測手段，則需要預(yù)埋大量的傳感器，增加了成本和維護(hù)難度[2,3]。

本文針對長距離帶式輸送機(jī)托輥數(shù)量多、巡檢難度大等特點(diǎn)，有針對性地設(shè)計了沿線光纖測溫裝置。采用該裝置可降低長距離帶式輸送機(jī)托輥巡檢的難度。

1 光纖傳感技術(shù)及優(yōu)勢

1.1 光纖傳感技術(shù)

光纖傳感技術(shù)是現(xiàn)代通信的產(chǎn)物，是隨著光纖及通信技術(shù)發(fā)展起來的一門嶄新技術(shù)，是集材料、光電子、信息、光機(jī)電一體化、物理、化學(xué)、計算機(jī)等多學(xué)科交叉與多種技術(shù)于一體而形成的一種高新技術(shù)。光纖在傳輸過程中易受外界環(huán)境的影響，如溫度、壓力等，從而導(dǎo)致內(nèi)部傳輸?shù)墓庑盘枏?qiáng)度、相位、頻率等光波量發(fā)生變化，通過監(jiān)測這些量的變化可獲得相應(yīng)外界影響的物理量。

1.2 光纖傳感技術(shù)的優(yōu)勢

相對于傳統(tǒng)電量型傳感器(熱電偶、熱電阻、壓阻式、振弦式、磁電式)，光纖傳感技術(shù)具有實(shí)時在線測量、測量距離長、測溫精度高、抗電磁干擾、耐高壓、本征安全、傳輸距離長、使用壽命長、安裝簡單、無需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

2 帶式輸送機(jī)沿線測溫系統(tǒng)及工作原理

2.1 沿線測溫系統(tǒng)組成

沿線測溫系統(tǒng)由測溫主機(jī)、感溫光纖和上位機(jī)組成，如圖1所示。

圖1 沿線測溫系統(tǒng)組成

感溫光纖敷設(shè)在井下電纜溝、膠帶托輥附近等位置，測溫主機(jī)利用光RAMAN散射和OTDR(光時域反射)技術(shù)將光纖沿線各點(diǎn)的溫度實(shí)時準(zhǔn)確地計算出來，并通過上位機(jī)將溫度和具體位置實(shí)時呈現(xiàn)。

2.2 光纖測溫工作原理

光纖測溫工作原理如圖2所示。脈沖激光器發(fā)出一束激光在感溫光纖中傳播；光纖中反射回的RAMAN散射光通過光纖濾波器分解成不同波長的Stokes反射光和Anti-Stokes反射光，其中Stokes反射光的強(qiáng)度與溫度弱相關(guān)，而Anti-Stokes反射光的強(qiáng)度與溫度強(qiáng)相關(guān)，通過對比這兩種反射光計算得出溫度沿光纖的分布曲線；利用光時域反射技術(shù)(OTDR)，通過計算光在光纖中的傳輸速度和回波時間實(shí)現(xiàn)對所有溫度點(diǎn)的定位。

圖2 光纖測溫原理

上位機(jī)軟件對光纖進(jìn)行分區(qū)，有效定位，可設(shè)置多級報警，包括溫度升高過快預(yù)報警、到達(dá)設(shè)定值報警等。

長度為9 000 m的帶式輸送機(jī)，在測量時間為37 s的情況下，所測得的各位置托輥溫度值如圖3所示。此時，所測量溫度的精確度為±1.5 ℃(此為10 000次數(shù)據(jù)所得平均值)。

圖3 9 000 m長的帶式輸送機(jī)各位置托輥溫度值

3 測溫光纜的安裝要求及安裝方式

3.1 光纜安裝一般要求

(1)光纜最小安裝彎曲半徑：在靜態(tài)負(fù)荷下，光纜的最小彎曲半徑為光纜直徑的10倍；在布線操作期間的負(fù)荷條件下，例如把光纜從管道中拉出來，最小彎曲半徑為光纜直徑的20倍。

(2)安裝應(yīng)力:施加于單芯光纜最大的安裝應(yīng)力不得超過5 kg。

3.2 測溫光纜的安裝方式

3.2.1 平行托輥軸線安裝方式(方式一)

平行托輥軸線安裝方式如圖4所示。局內(nèi)光纜在經(jīng)由走線架、拐彎點(diǎn)(前、后)應(yīng)予綁扎，垂直上升段應(yīng)分段(段長不大于1 m)綁扎。

圖4 平行托輥軸線安裝方式

膠帶輸送裝置上設(shè)置的感溫光纖應(yīng)安裝在膠帶輸送裝置托輥的下方，根據(jù)需要，測溫光纜安裝時距離托輥5 mm，當(dāng)托輥溫度升高周圍溫度場發(fā)生變化升高時，光纜就可以測量并且通過光譜分析得到實(shí)時溫度數(shù)據(jù)。

3.2.2 多托輥組串行測溫安裝方式(方式二)

多托輥組串行測溫安裝方式如圖5所示。局內(nèi)光纜在經(jīng)由走線架、拐彎點(diǎn)(前、后)應(yīng)予綁扎，垂直上升段應(yīng)分段(段長不大于1 m)綁扎，本方式考慮安裝加裝吊線或者測試時安裝綁扎在托輥的一側(cè)位置。

圖5 多托輥組串行測溫安裝方式

帶式輸送機(jī)設(shè)置的感溫光纖應(yīng)安裝在帶式輸送裝置托輥的下方，與托輥方向呈90°交叉。根據(jù)需要，測溫光纜安裝時距離托輥100 mm，當(dāng)托輥溫度升高周圍溫度場發(fā)生變化升高時，光纜就可以測量并且通過光譜分析得到實(shí)時溫度數(shù)據(jù)。但是由于托輥與光纖交叉，有效測溫長度僅為輥的直徑，測溫長度較短，經(jīng)測試基本證明該方式不能夠準(zhǔn)確測量溫度。

3.2.3 托輥導(dǎo)熱測溫安裝方式(方式三)

托輥導(dǎo)熱測溫安裝方式如圖6所示。將托輥的一側(cè)安裝一個導(dǎo)熱管，然后將光纜纏繞在導(dǎo)熱管上進(jìn)行溫度測量，但是考慮到帶式輸送機(jī)工作負(fù)荷最大的是中間一個托輥，容易出問題也是中間部位的這個輥。而導(dǎo)熱管不好安裝，因此此安裝方式可行性不大。

圖6 托輥導(dǎo)熱測溫安裝方式

4 結(jié)語

通過對帶式輸送機(jī)沿線光纖測溫裝置的應(yīng)用，其具有以下鮮明特點(diǎn)：

(1)降低成本。該測溫裝置結(jié)構(gòu)較簡單，減少了沿線巡檢的人員數(shù)量，降低了人員成本。

(2)維護(hù)簡單。僅通過上位機(jī)即可了解帶式輸送機(jī)沿線托輥的損壞情況，減少了現(xiàn)場巡檢的勞動強(qiáng)度及相關(guān)的維護(hù)費(fèi)用。