一種煤礦井下可再生光纖冷接裝置

張金豪，陳 敏

（1.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶400039；2.瓦斯災害監控與應急技術國家重點實驗室，重慶400037；3.重慶市科能高級技工學校，重慶400033）

根據國辦〔2013〕99 號《國務院辦公廳關于進一步加強煤礦安全生產工作的通知》[1]，煤礦需要進一步提高煤礦通信聯絡技術水平，提升應急通信保障能力。目前煤礦井下通信主要采用工業以太網[2-4]，工業以太網具有傳輸速率高，性能穩定等優點。工業以太網信息傳輸介質主要有5 類網線和光纖2 種。煤礦井下由于環境比較惡劣，各類型設備分布散、距離遠、電信號抗干擾比較弱，因此網線通常用于煤礦井下環境比較好，傳輸距離比較近的區域。光纖傳輸具有傳輸距離遠（可達幾十公里）、信號傳輸速率高（可以達到10 G 以上）、光信號不受電磁干擾等優點，因此光纖傳輸在煤礦井下得到廣泛應用。

目前光纖介質在煤礦井下熔接時存在以下幾個問題：①要產生高溫火花，煤礦井下存在易燃易爆氣體，容易產生安全事故；②井下熔接光纖接頭數量受到施工者所帶熱熔接機備用電池限制，影響施工進度，工作效率不高；③熱熔接設備需要攜帶備用電池，很笨重，施工人員攜帶不方便；④普通光纖冷接由于連接不方便，光損耗大[5-7]；⑤普通光纖冷接頭中匹配液隨著時間的延長匹配液易揮發[8-9]，光纖對接損耗加大，影響通信；⑥普通冷接頭匹配液揮發以后就只有更換冷接頭，不但要增加工作量，還要損壞光纜長度；因此普通光纖冷接頭很難在煤礦井下使用。

而目前煤礦井下光纖冷接需要面臨幾個問題：①如何使2 根需要對接的光纖裸芯在1 個水平面上；②如何保證2 根裸露的光纖芯能很好的對接到一起；③如何保證匹配液長時間不揮發，保持永久良好光纖導通率。目前該類問題都沒有得到很好的解決，為此研制了一種可再生光纖冷接裝置,該裝置具有可減少煤礦井下光纖熔接時間，降低煤礦井下安全事故。

1 礦用可再生光纖冷接裝置

可再生煤礦井下光纖接線盒主要由井下防爆殼體[10]、防爆喇叭嘴、光纖固定柱、OV 型光纖冷排等幾部分組成。可再生井下光纖接線盒結構如圖1。OV型光纖冷接頭是該接線盒的核心部件，OV 型光纖冷接排由多個OV 型光纖冷接頭并排組成。

圖1 可再生井下光纖接線盒結構Fig.1 Renewable underground optical fiber junction box structure

1.1 OV 型光纖冷接頭結構

1）OV 型光纖冷接頭外部結構。OV 型光纖冷接頭外觀主要由3 部分組成：左右半O 型槽和OV 型槽。左右半O 型槽主要功能是固定光纖線，同時通過特殊設計工藝保證光纖芯能夠接觸良好；OV 型槽主要功能是保證光纖芯能有效可靠對接，同時也是光纖匹配液的儲存艙體。OV 型光纖冷接頭外觀圖如圖2。

圖2 OV 型光纖冷接頭外觀圖Fig.2 Appearance of OV optical fiber cold connector

2）OV 型光纖冷接頭內部結構。OV 型光纖冷接頭主要核心器件為OV 型光纖冷接裝置，該裝置主要由固定蓋、密封蓋、密封圈、主體、軸、V 型槽、O 型槽、左半O 型槽、OV 型槽等部分組成。OV 型光纖冷接頭內部結構圖如圖3。

1.2 OV 型光纖冷接頭冷接原理

OV 型光纖冷接頭裝置通過采用半O 型槽+OV 槽+ 半O 型槽的方式實現煤礦井下光纖芯對接。光纖冷接流程如下：螺絲刀擰開OV 槽上蓋子（部件8）上的螺絲（部件3），取出蓋子（部件2）；拆開左半O 型槽蓋上的螺絲，翻開蓋子（部件1）打開左半O 形槽，把剝好的光纖芯（設置裸光纖芯長度為10 mm，帶軟膠皮光纖20 mm）放入到OV 型槽（部件10）內，光芯束放在半O 形槽內，光纖芯通過OV 槽上部的V 型槽（部件9）進入O 型槽（保證左右兩邊光纖芯可靠對接），O 型槽通過特殊工藝制作，達到一定精度，該精度稍微大于光纖芯體積，使光纖和O 型槽緊密相接。密封圈3（部件6）具有卡位光纖芯長度的作用，保證進入到O 型槽的光纖芯的頂部在O 型槽的中心位置，可使左右2 根光纖芯中心點剛好對接，是減少光纖損耗的技術手段之一。密封圈3（部件6）與密封圈2（部件4）配合共同固定帶軟膠光纖和固定裸光纖，合上蓋子（部件5），擰緊螺絲，保證光纖與冷接頭接觸緊密及固定牢固；同理打開左邊半O 型槽，采用同樣的方法，固定好左半部分光纖芯，完成光纖芯定位和光纖對接功能。

冷接方式連接光纖采用的是非熔接對接，其光損耗肯存在，為了減少光纖對接損耗，需要給光纖對接處添加光纖匹配液，降低光纖對接光損耗。當完成上述左右光纖固定接對接程序以后，在OV 型槽中利用注射器添加光纖匹配液到V 型槽，匹配液通過V 型槽底部空隙滲透到O 型槽中，當匹配液完全注滿O 型槽后，光纖芯和光纖匹配液形成一個有機整體，降低光對損耗。繼續向V 型槽中加入光纖匹配液，直到光匹配液從V 型槽頂部少量溢出。蓋上蓋子（部件2），用螺絲刀擰緊蓋子上的2 顆螺絲。密封圈可以降低光纖匹配液揮發速度，延長光纖冷接頭使用時間。在OV 槽中，由于光纖芯始終在OV型槽底部，匹配液會一直填充光纖芯對接處，直到整個OV 型槽的匹配液都揮發）這當然需要一個很長的時間段）。普通光纖冷接頭中的光纖匹配液量不到OV 型槽的1%左右，因此，該冷接方式的匹配液抗揮發時間是很強的。當OV 型槽中的光纖匹配液完全揮發或者大部分揮發以后，可以通過擰開蓋子（部件2）繼續增加光纖匹配液，繼續使用該光纖冷接裝置，而不用更換光纖冷接頭，達到光纖冷接頭可再生的目的，大大的節約了光纖連接時間，提升了工人工作效率，降低了維護成本。

2 試驗測試

在實驗室隨機抽取了10 個OV 型光纖冷接頭進行了一系列測試：光纖壓接可靠性試驗、光纖對接光纖損耗試驗、光纖匹配液高溫蒸發試驗以及冷接頭可再生試驗。

試驗中10 個OV 型光纖冷接頭的壓接、密封都非常緊密，沒有出現光纖松動以及光纖匹配液體泄漏事件；10 個OV 型光纖冷接頭中，4 個光損耗在0.5～1.1 dBm 之間，6 個光損耗小于0.5 dBm；對10個試驗樣品進行高溫試驗（由于時間原因，高溫蒸發時V 型槽中匹配液體只注入到剛好溢出底部O 型槽），經過25 d 后，光纖的損耗度略有增加。當重新注入匹配液體后，光纖損耗恢復到最初的光纖損耗值（差異可以忽略不計）。

3 結 語

研制了一種可再生光纖冷接裝置, 對煤礦井下可再生冷接裝置進行了詳細闡述。通過各類試驗表明:通過該裝置的OV 型槽設計，冷接裝置可進行多次灌注匹配液，保證裝置的可再生性。礦用可再生光纖冷接裝置在煤礦井下使用，具有熔接方便快捷、光纖損耗小、光纖冷接頭可再生的功能；極大降低了煤礦安全生產事故；降低了煤礦工人施工維修時間，提升了工作效率；產品可重復多次注入匹配液，達到了可再生的目的。