赫庭玉

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司安全管理監(jiān)察局，山西省大同市，037003）

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在塔山煤礦的應(yīng)用

赫庭玉

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司安全管理監(jiān)察局，山西省大同市，037003）

介紹了塔山煤礦先進(jìn)的分布式光纖測(cè)溫設(shè)備及技術(shù)，利用該系統(tǒng)本質(zhì)安全性、多通道、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井采空區(qū)內(nèi)溫度環(huán)境的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

分布式光纖 采空區(qū) 溫度監(jiān)測(cè) 塔山煤礦

塔山礦在開采石炭二疊紀(jì)特厚煤層過程中，由于煤層厚度較大，采用放頂煤開采過程中，不可避免地會(huì)在采空區(qū)留有余煤。在工作面停采撤退后，工作面密閉質(zhì)量的好壞會(huì)對(duì)后續(xù)工作面的開采造成很大的影響，應(yīng)用分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)采空區(qū)內(nèi)的溫度參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證采空區(qū)內(nèi)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，對(duì)防止采空區(qū)遺煤自然發(fā)火等事故發(fā)生具有重要意義。由于系統(tǒng)采用國(guó)際先進(jìn)的光纖傳感技術(shù)，以其性能本質(zhì)安全，不受磁場(chǎng)干擾，數(shù)據(jù)穩(wěn)定準(zhǔn)確，傳輸距離遠(yuǎn)，從根本上填補(bǔ)了目前其他檢測(cè)手段無法監(jiān)測(cè)采空區(qū)環(huán)境狀態(tài)的技術(shù)空白。

1　系統(tǒng)介紹

分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)以其對(duì)沿光纖分布的溫度場(chǎng)可連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量的特點(diǎn)而成為光纖傳感技術(shù)中較為引人矚目的一項(xiàng)新技術(shù)，它具有無動(dòng)力、抗干擾強(qiáng)等特點(diǎn)，研究分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用具有重要的意義。

1.1系統(tǒng)原理

分布式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要工作依據(jù)是光時(shí)域反射原理和光纖的后向拉曼散射（Raman Backscattring）溫度效應(yīng)，當(dāng)主處理機(jī)中的激光光源向光纖注入905 nm的光脈沖后，由于光的散射會(huì)引起能量的損耗，脈沖大部分能傳到光纖末端并消失，但一小部分（攜帶了有用信息）后向散射光會(huì)沿著光纖反射回來，對(duì)這一后向散射光進(jìn)行過濾，很容易將拉曼散射光與其他后向散射光區(qū)分開，由于拉曼散射光與溫度有著密切的關(guān)系，對(duì)這部分拉曼散射光進(jìn)行DSP處理，從而提供有關(guān)溫度等參數(shù)信息，來實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖周圍環(huán)境的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.2系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）實(shí)時(shí)性。可對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，做到早期預(yù)警。

（2）分布式。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并傳輸感溫光纖周圍環(huán)境溫度變化。連續(xù)監(jiān)測(cè)信號(hào)，任意溫度點(diǎn)報(bào)警。

（3）先進(jìn)性。分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在線監(jiān)測(cè)的有效手段，在國(guó)外已經(jīng)取代傳統(tǒng)的線性感溫材料，在技術(shù)上已非常成熟。

（4）準(zhǔn)確性。終端機(jī)內(nèi)的激光發(fā)射裝置每秒會(huì)發(fā)射上萬次的光脈沖，并將取樣溫度的平均值輸出到顯示系統(tǒng)，基本消除誤差；可設(shè)置多級(jí)定溫報(bào)警，并且可以根據(jù)環(huán)境不同進(jìn)行修正；定溫報(bào)警的同時(shí)，還可以設(shè)定差溫報(bào)警，基本消除誤報(bào)。

系統(tǒng)核心部件采用先進(jìn)的半導(dǎo)體激光器、高靈敏度的光電探測(cè)器和光纖濾波器，增加了原始信號(hào)幅度自動(dòng)調(diào)整技術(shù)，進(jìn)而根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，克服因光學(xué)器件工作時(shí)間長(zhǎng)造成的信號(hào)偏移，使系統(tǒng)的可靠性和測(cè)量準(zhǔn)確度大幅度提高。

（5）靈活性?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)要求對(duì)測(cè)量時(shí)間、報(bào)警閥值等進(jìn)行調(diào)整，針對(duì)環(huán)境變化設(shè)置多個(gè)不同報(bào)警控制區(qū)域，報(bào)警控制區(qū)可編程，每個(gè)單獨(dú)的報(bào)警區(qū)域可設(shè)置不同的報(bào)警值。

（6）安全性。感溫光纖本質(zhì)安全，采用光信號(hào)，不會(huì)與動(dòng)力電纜之間產(chǎn)生相互電磁干擾。遠(yuǎn)程診斷功能可通過局域網(wǎng)由工程師提供實(shí)時(shí)的系統(tǒng)遠(yuǎn)程診斷，如果光纖受損，系統(tǒng)可以即時(shí)定位受損點(diǎn)，并通過光纖熔接機(jī)對(duì)其進(jìn)行熔接，無需停止測(cè)量。

（7）自動(dòng)溫度校準(zhǔn)。保證長(zhǎng)期溫度的準(zhǔn)確性，節(jié)約了后期維護(hù)成本。

1.3礦井采空區(qū)內(nèi)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用

1.3.1采空區(qū)光纜布置

采用直徑為8 mm的測(cè)溫光纜從停采線開始敷設(shè)，進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷各一條，回風(fēng)巷光纜延伸至工作面停采支護(hù)位置，如圖1所示，用接線盒共同接入分站；敷設(shè)時(shí)把光纜固定在巷道側(cè)壁的預(yù)留掛鉤上，掛鉤距離地面約1.6 m，間隔2 m。

圖1　采空區(qū)測(cè)溫光纜鋪設(shè)位置

巷道內(nèi)測(cè)溫光纜敷設(shè)穿過密閉墻時(shí)，為避免光纜受密閉墻體擠壓破損，需在封堵密閉墻時(shí)為光纜套裝絕緣橡膠保護(hù)套管，起到保護(hù)光纜的作用。

1.3.2數(shù)據(jù)測(cè)試

在系統(tǒng)安裝完畢后進(jìn)行了模擬測(cè)試，將50℃的溫水灑在毛巾上然后鋪在感溫光纜上，在地面服務(wù)器觀察系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

為避免測(cè)試偏差，共進(jìn)行了兩次測(cè)試，兩次測(cè)試結(jié)果均準(zhǔn)確地反映了測(cè)溫光纜監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度變化情況。

1.3.3數(shù)據(jù)對(duì)比

2006年末，塔山礦引進(jìn)了國(guó)際先進(jìn)的束管防火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要用于監(jiān)測(cè)采空區(qū)及停采密閉區(qū)內(nèi)防火標(biāo)志性氣體濃度。經(jīng)過這幾年的運(yùn)行，系統(tǒng)有效檢測(cè)了塔山煤礦采空區(qū)標(biāo)志性氣體CO濃度范圍，為礦井防滅火工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

利用束管系統(tǒng)分析得到的采空區(qū)標(biāo)志性氣體濃度和采空區(qū)光纖測(cè)溫系統(tǒng)所測(cè)溫度進(jìn)行了關(guān)系分析。取一周內(nèi)相關(guān)參數(shù)的平均值，分析結(jié)果見表1。

表1　采空區(qū)內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)值與束管CO濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)系分析

在封閉面初期，采空區(qū)內(nèi)遺煤隨時(shí)間推移逐漸氧化釋放出CO氣體和熱量，當(dāng)氧氣濃度降低到一定程度后，遺煤逐漸停止氧化減少熱量釋放，所以，由表1可以看出隨時(shí)間推移采空區(qū)內(nèi)部CO濃度隨溫度有基本相似的上升及回落趨勢(shì)。

通過綜合利用采空區(qū)光纖測(cè)溫及束管標(biāo)志性氣體監(jiān)測(cè)等多種監(jiān)測(cè)手段的綜合利用，可以使塔山煤礦采空區(qū)防火監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加精確，通過總結(jié)數(shù)據(jù)并對(duì)比分析，為及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)遺煤自燃火災(zāi)提供了重要的依據(jù)。

2　結(jié)論

分布式光纖監(jiān)測(cè)傳感器與傳統(tǒng)的溫度傳感器相比具有以下優(yōu)點(diǎn):集傳感與傳輸于一體，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量與監(jiān)控，一次測(cè)定就可以獲取整個(gè)光纖區(qū)域的一維分布圖，能在一條長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米的傳感器光纖環(huán)路上獲得幾百甚至幾千條信息，因此單位信息成本大大降低，測(cè)量范圍寬，具有高空間分辨率和高精度。在具有強(qiáng)電磁干擾或易燃易爆以及其它傳感器無法接近的環(huán)境下，分布式光纖監(jiān)測(cè)傳感器具有極大的優(yōu)勢(shì)。

通過使用分布式光纖溫度參考文獻(xiàn)：

監(jiān)測(cè)技術(shù)，塔山煤礦礦井采空區(qū)溫度監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性大幅提高。同時(shí)，結(jié)合采空區(qū)內(nèi)防火標(biāo)志性氣體濃度分析，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并采取有效措施，使礦井采空區(qū)自然發(fā)火的可能性降到了最低。另外，未來礦井將嘗試在采煤工作面采空區(qū)、機(jī)電設(shè)備峒室及礦井輔運(yùn)大巷頂部主要供電線路鋪設(shè)等地方延伸分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的使用范圍，利用國(guó)際先進(jìn)監(jiān)測(cè)手段使礦井的防火減災(zāi)工作更上一個(gè)臺(tái)階。

［1］ 彭超，趙健康，苗付貴.分布式光纖測(cè)溫技術(shù)在線監(jiān)測(cè)電纜溫度［J］.高電壓技術(shù)，2006（8）

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［6］ 李安安，喬熙，劉陽等.光纖光柵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在鉆井井壁健康監(jiān)測(cè)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.中國(guó)煤炭，2011（9）

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（責(zé)任編輯 郭東芝）

Application of distributed fiber temperature monitoring system in Tashan Coal Mine

He Tingyu
（Safety Management Department，Datong Coal Mine Group Co.，Ltd.，Datong，Shanxi 037003，China）

The distributed fiber temperature monitoring equipment and technology in Tashan Coal Mine were introduced.Based on the advantages of essential security，multichannel，realtime data and so on，the real-time on-line temperature monitoring of goaf environment were achieved.

distributed fiber，goaf，temperature monitoring，Tashan Coal Mine

TD752

A

赫庭玉（1964-），男，山西大同人，在職研究生，高級(jí)工程師，現(xiàn)任山西同煤集團(tuán)安全管理監(jiān)察局總工程師，主要從事煤礦安全管理工作。