光纖測(cè)溫技術(shù)在帶式運(yùn)輸機(jī)溫度保護(hù)中的應(yīng)用

史文超

（山西汾西同達(dá)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，山西 介休 032000）

帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)作為煤礦中煤炭主要的運(yùn)輸系統(tǒng)。由于煤礦采區(qū)運(yùn)輸巷道具有空間狹小、巷道底板不平、采煤工作面經(jīng)常移動(dòng)、巷道服務(wù)時(shí)間短等特點(diǎn)，帶式輸送機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用而生。帶式輸送機(jī)容易出現(xiàn)一些打滑、超溫等問題，膠帶磨損，降低膠帶使用壽命；打滑可能產(chǎn)生CO 等有毒氣體，可能造成火災(zāi)安全隱患。為有效、及時(shí)地監(jiān)測(cè)帶式輸送機(jī)各部件的溫度變化，本文詳細(xì)研究了分布式光纖技術(shù)對(duì)膠帶的溫度保護(hù)應(yīng)用。

1 原礦井運(yùn)輸系統(tǒng)概述

汾西礦業(yè)兩渡煤礦主要開采10+11 號(hào)煤，為瓦斯礦井。現(xiàn)礦井布置兩個(gè)采區(qū)，+560 m 水平集中運(yùn)輸大巷服務(wù)兩個(gè)采區(qū)的煤炭運(yùn)輸，巷道布置有四部帶式輸送機(jī)和架空乘人裝置，中間通過鋼筋格柵分割；帶式輸送機(jī)之間通過煤倉或者直接搭接進(jìn)行煤炭運(yùn)輸。其中集中運(yùn)輸巷第1 部帶式輸送機(jī)帶寬1 m，帶式輸送機(jī)傾角:β=10°，全長(zhǎng)2 300 m，驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩臺(tái)，功率N=315 kW×2，輸送能力：Q=200 t/h。針對(duì)第1 部帶式輸送機(jī)打滑、超溫等問題，試驗(yàn)第1 部帶式輸送機(jī)安裝分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行膠帶機(jī)的溫度保護(hù)，進(jìn)行預(yù)警、報(bào)警研究與實(shí)踐應(yīng)用。

2 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的原理及構(gòu)成

2.1 光纖測(cè)溫系統(tǒng)的原理

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)利用光纖中拉曼散射效應(yīng)和光時(shí)域反射測(cè)量技術(shù)監(jiān)測(cè)、傳輸、分析帶式輸送機(jī)運(yùn)行中的溫度信息，確定異常的位置，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的測(cè)溫目標(biāo)。

激光脈沖在光纖中傳播產(chǎn)生背向光散射（由于光纖的密度、應(yīng)力、材料組成、變形和外界溫度等因素發(fā)生反方向傳播稱為背向光散射），背向光散射含有RayLeigh 散射、Ra-man 散射以及Brillouin 散射，見圖1；其中反射點(diǎn)的溫度越高，Raman 散射光信號(hào)的強(qiáng)度越大。波長(zhǎng)較長(zhǎng)的斯托克斯光通道作為參考通道，波長(zhǎng)較短的反斯托克斯光通道作為信號(hào)通道，采集溫度的絕對(duì)值，實(shí)現(xiàn)了光纖溫度信息的分布式測(cè)量；通過信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)光纖中光波的傳輸速度和背向光回波的時(shí)間等參數(shù)檢測(cè)解調(diào)、分析計(jì)算，判定異常溫度的位置。

圖1 激光散射光譜分析

2.2 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的構(gòu)成

地面集控中心的測(cè)溫控制主機(jī)和鋪設(shè)在帶式輸送機(jī)周圍的通信傳感光纖兩部分組成分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，見圖2。測(cè)溫控制主機(jī)是系統(tǒng)運(yùn)行的核心，由光信號(hào)發(fā)射模塊、光信號(hào)接收模塊、光波分復(fù)用模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及定標(biāo)控溫模塊等構(gòu)成。其發(fā)送、接收及轉(zhuǎn)換光信號(hào)、分析光譜，自帶多種接口與礦井工業(yè)環(huán)網(wǎng)連接,具有編輯多種的用戶界面和定溫、差溫等多種報(bào)警方式。測(cè)溫光纜采用二芯多模50/125μm 光纜,由鎧裝和芳綸纖維保護(hù),外護(hù)套為高性能的高密度低煙無鹵聚乙烯材料。這種測(cè)溫光纜具有優(yōu)良的光傳導(dǎo)特性、機(jī)械性能、防水性能、防鼠咬及抗腐蝕特性。

3 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)的功能

3.1 系統(tǒng)安裝

試驗(yàn)在兩渡礦+560 m 水平的集中運(yùn)輸巷第1部帶式輸送機(jī)安裝的分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，全長(zhǎng)2 300 m，其機(jī)頭卸載點(diǎn)與二部運(yùn)輸機(jī)搭接，機(jī)尾布置在集中煤倉下，通過給煤機(jī)承接一、二采區(qū)運(yùn)輸巷生產(chǎn)的原煤。此系統(tǒng)安裝布置范圍：上煤倉卸載硐室運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭、煤倉給煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾監(jiān)測(cè)點(diǎn)和運(yùn)輸機(jī)全程監(jiān)測(cè)；運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)器、卸載滾筒軸承、托棍軸承以及電機(jī)、減速器等部件安裝傳感器，進(jìn)行不同部位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；通過光纖光纜傳輸?shù)綔y(cè)溫控制主機(jī)，主機(jī)與調(diào)度中心通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交換，并對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息分析、處理，見圖2。

圖2 集中運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)布線

3.2 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的傳感過程

主機(jī)命令激光器經(jīng)波分復(fù)用器向光纖產(chǎn)生大功率的光脈沖,光脈沖通過光纖的各點(diǎn)產(chǎn)生后向散射光,返回到波分復(fù)用器中的薄膜干涉濾光片分別濾出斯托克斯光和反斯托克斯光,經(jīng)波分復(fù)用器的兩個(gè)端口輸出,分別進(jìn)入到光電檢測(cè)器和放大器中進(jìn)行檢測(cè)解調(diào)、光電轉(zhuǎn)換和放大,最后由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行存儲(chǔ)和處理,用于溫度的計(jì)算［1］；將散射回來的光波經(jīng)波分復(fù)用、檢測(cè)解調(diào)、信號(hào)處理,通過信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)光纖中光波的傳輸速度和背向光回波的時(shí)間進(jìn)行定位。

3.3 光纖測(cè)溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

（1）數(shù)據(jù)采集、顯示：通過光纜沿途采集的溫度信息傳輸?shù)綔乜叵到y(tǒng)主機(jī)，生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；顯示采集的滾筒、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及托輥的實(shí)時(shí)溫度，加工相應(yīng)的帶式輸送機(jī)的溫度變化曲線、溫度分布圖。

（2）溫差、溫速報(bào)警。輸送機(jī)不同部位設(shè)置報(bào)、預(yù)警溫度,分區(qū)沿線設(shè)置不同報(bào)警值；滾筒、托輥摩擦大于設(shè)置的溫速預(yù)定值時(shí),發(fā)出報(bào)警信號(hào)；報(bào)警顯示相應(yīng)溫差、溫速異常的位置。

（3）查詢歷史數(shù)據(jù)：儲(chǔ)存、查詢?nèi)我鈺r(shí)間、任意工作地點(diǎn)的相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息、打印表格。

（4）報(bào)表分析：為用戶針對(duì)不同運(yùn)輸機(jī)設(shè)備部位溫度、磨損、異常進(jìn)行有效評(píng)估，為檢修人員提供相應(yīng)的參考指導(dǎo)。

4 結(jié)語

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在兩渡煤礦帶式輸送機(jī)的溫度保護(hù)的監(jiān)測(cè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)運(yùn)行無事故，不受地下的強(qiáng)電磁場(chǎng)等環(huán)境的干擾影響，同時(shí)自身不會(huì)有電流、電壓的產(chǎn)生，不會(huì)引起瓦斯、煤塵等爆炸，安全可靠；實(shí)現(xiàn)了在煤礦井下高瓦斯、煤塵等易燃易爆環(huán)境中設(shè)備溫度信息的采集、傳輸和監(jiān)測(cè)、預(yù)警；其與礦井工業(yè)環(huán)網(wǎng)連接、信息互享，實(shí)現(xiàn)礦井運(yùn)輸系統(tǒng)溫度保護(hù)的信息化。該分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用，為復(fù)雜、危險(xiǎn)環(huán)境下的長(zhǎng)距離、長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)備及工程的溫度監(jiān)測(cè)、報(bào)警積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。