帶式輸送機沿線光纖測溫裝置及安裝方式

吳曉峰

(山西凌志達煤業有限公司,山西 長治 046000)

0 引言

煤礦井下環境相對較差，帶式輸送機在運行過程中不可避免地會出現滿載啟動、輸送帶跑偏、托輥卡死、輸送帶沾水打滑等情況。尤其是托輥軸承內部容易進入煤粉和灰塵，在靠近受料點部位出現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,由于托輥的使用數量是隨著膠帶長度的增加而增加的，從而故障點增多。同時，由于帶式輸送機支架與膠帶側邊的距離有限，一旦膠帶發生跑偏，膠帶邊緣極易摩擦到支架從而產生高溫，甚至引起火災[1]。長距離帶式輸送機溫度檢測點多，對于巡檢人員來說工作難度大，若使用傳統的熱電偶、熱電阻檢測手段，則需要預埋大量的傳感器，增加了成本和維護難度[2,3]。

本文針對長距離帶式輸送機托輥數量多、巡檢難度大等特點，有針對性地設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托輥巡檢的難度。

1 光纖傳感技術及優勢

1.1 光纖傳感技術

光纖傳感技術是現代通信的產物，是隨著光纖及通信技術發展起來的一門嶄新技術，是集材料、光電子、信息、光機電一體化、物理、化學、計算機等多學科交叉與多種技術于一體而形成的一種高新技術。光纖在傳輸過程中易受外界環境的影響，如溫度、壓力等，從而導致內部傳輸的光信號強度、相位、頻率等光波量發生變化，通過監測這些量的變化可獲得相應外界影響的物理量。

1.2 光纖傳感技術的優勢

相對于傳統電量型傳感器(熱電偶、熱電阻、壓阻式、振弦式、磁電式)，光纖傳感技術具有實時在線測量、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、無需維護等優點。

2 帶式輸送機沿線測溫系統及工作原理

2.1 沿線測溫系統組成

沿線測溫系統由測溫主機、感溫光纖和上位機組成，如圖1所示。

圖1 沿線測溫系統組成

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

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反射光的強度與溫度弱相關，而Anti-Stokes反射光的強度與溫度強相關，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(OTDR)，通過計算光在光纖中的傳輸速度和回波時間實現對所有溫度點的定位。

圖2 光纖測溫原理

上位機軟件對光纖進行分區，有效定位，可設置多級報警，包括溫度升高過快預報警、到達設定值報警等。

長度為9 000 m的帶式輸送機，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次數據所得平均值)。

圖3 9 000 m長的帶式輸送機各位置托輥溫度值

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：在靜態負荷下，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)安裝應力:施加于單芯光纜最大的安裝應力不得超過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。局內光纜在經由走線架、拐彎點(前、后)應予綁扎，垂直上升段應分段(段長不大于1 m)綁扎。

圖4 平行托輥軸線安裝方式

膠帶輸送裝置上設置的感溫光纖應安裝在膠帶輸送裝置托輥的下方，根據需要，測溫光纜安裝時距離托輥5 mm，當托輥溫度升高周圍溫度場發生變化升高時，光纜就可以測量并且通過光譜分析得到實時溫度數據。

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。局內光纜在經由走線架、拐彎點(前、后)應予綁扎，垂直上升段應分段(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位置。

圖5 多托輥組串行測溫安裝方式

帶式輸送機設置的感溫光纖應安裝在帶式輸送裝置托輥的下方，與托輥方向呈90°交叉。根據需要，測溫光纜安裝時距離托輥100 mm，當托輥溫度升高周圍溫度場發生變化升高時，光纜就可以測量并且通過光譜分析得到實時溫度數據。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，經測試基本證明該方式不能夠準確測量溫度。

3.2.3 托輥導熱測溫安裝方式(方式三)

托輥導熱測溫安裝方式如圖6所示。將托輥的一側安裝一個導熱管，然后將光纜纏繞在導熱管上進行溫度測量，但是考慮到帶式輸送機工作負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。而導熱管不好安裝，因此此安裝方式可行性不大。

圖6 托輥導熱測溫安裝方式

4 結語

通過對帶式輸送機沿線光纖測溫裝置的應用，其具有以下鮮明特點：

(1)降低成本。該測溫裝置結構較簡單，減少了沿線巡檢的人員數量，降低了人員成本。

(2)維護簡單。僅通過上位機即可了解帶式輸送機沿線托輥的損壞情況，減少了現場巡檢的勞動強度及相關的維護費用。