赫庭玉

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

分布式光纖測溫系統(tǒng)在塔山煤礦的應(yīng)用

赫庭玉

（大同煤礦集團有限責(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的分布式光纖測溫設(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)實時性等優(yōu)點，實現(xiàn)對礦井采空區(qū)內(nèi)溫度環(huán)境的實時在線監(jiān)測。

分布式光纖 采空區(qū) 溫度監(jiān)測 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)量的好壞會對后續(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)測技術(shù)對采空區(qū)內(nèi)的溫度參數(shù)進行實時監(jiān)測，保證采空區(qū)內(nèi)溫度實時在線監(jiān)測，對防止采空區(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)采用國際先進的光纖傳感技術(shù)，以其性能本質(zhì)安全，不受磁場干擾，數(shù)據(jù)穩(wěn)定準(zhǔn)確，傳輸距離遠，從根本上填補了目前其他檢測手段無法監(jiān)測采空區(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)測傳感技術(shù)以其對沿光纖分布的溫度場可連續(xù)實時測量的特點而成為光纖傳感技術(shù)中較為引人矚目的一項新技術(shù)，它具有無動力、抗干擾強等特點，研究分布式光纖溫度監(jiān)測傳感技術(shù)在實際中的應(yīng)用具有重要的意義。

1.1系統(tǒng)原理

分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)的主要工作依據(jù)是光時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）后向散射光會沿著光纖反射回來，對這一后向散射光進行過濾，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，對這部分拉曼散射光進行DSP處理，從而提供有關(guān)溫度等參數(shù)信息，來實現(xiàn)對光纖周圍環(huán)境的溫度實時監(jiān)測。

1.2系統(tǒng)特點

（1）實時性?？蓪囟冗M行實時監(jiān)控，做到早期預(yù)警。

（2）分布式。系統(tǒng)可實時監(jiān)測并傳輸感溫光纖周圍環(huán)境溫度變化。連續(xù)監(jiān)測信號，任意溫度點報警。

（3）先進性。分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)是在線監(jiān)測的有效手段，在國外已經(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。終端機內(nèi)的激光發(fā)射裝置每秒會發(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)置多級定溫報警，并且可以根據(jù)環(huán)境不同進行修正；定溫報警的同時，還可以設(shè)定差溫報警，基本消除誤報。

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

（5）靈活性?？筛鶕?jù)現(xiàn)場要求對測量時間、報警閥值等進行調(diào)整，針對環(huán)境變化設(shè)置多個不同報警控制區(qū)域，報警控制區(qū)可編程，每個單獨的報警區(qū)域可設(shè)置不同的報警值。

（6）安全性。感溫光纖本質(zhì)安全，采用光信號，不會與動力電纜之間產(chǎn)生相互電磁干擾。遠程診斷功能可通過局域網(wǎng)由工程師提供實時的系統(tǒng)遠程診斷，如果光纖受損，系統(tǒng)可以即時定位受損點，并通過光纖熔接機對其進行熔接，無需停止測量。

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

1.3礦井采空區(qū)內(nèi)溫度實時監(jiān)控應(yīng)用

1.3.1采空區(qū)光纜布置

采用直徑為8 mm的測溫光纜從停采線開始敷設(shè)，進風(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位置，如圖1所示，用接線盒共同接入分站；敷設(shè)時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)測溫光纜鋪設(shè)位置

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

1.3.2數(shù)據(jù)測試

在系統(tǒng)安裝完畢后進行了模擬測試，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)。

為避免測試偏差，共進行了兩次測試，兩次測試結(jié)果均準(zhǔn)確地反映了測溫光纜監(jiān)測到的實時溫度變化情況。

1.3.3數(shù)據(jù)對比

2006年末，塔山礦引進了國際先進的束管防火監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)主要用于監(jiān)測采空區(qū)及停采密閉區(qū)內(nèi)防火標(biāo)志性氣體濃度。經(jīng)過這幾年的運行，系統(tǒng)有效檢測了塔山煤礦采空區(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。

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)光纖測溫系統(tǒng)所測溫度進行了關(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)測值與束管CO濃度監(jiān)測數(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。

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

2　結(jié)論

分布式光纖監(jiān)測傳感器與傳統(tǒng)的溫度傳感器相比具有以下優(yōu)點:集傳感與傳輸于一體，可實現(xiàn)遠距離測量與監(jiān)控，一次測定就可以獲取整個光纖區(qū)域的一維分布圖，能在一條長達數(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，測量范圍寬，具有高空間分辨率和高精度。在具有強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)測傳感器具有極大的優(yōu)勢。

通過使用分布式光纖溫度參考文獻：

監(jiān)測技術(shù)，塔山煤礦礦井采空區(qū)溫度監(jiān)測的實時性大幅提高。同時，結(jié)合采空區(qū)內(nèi)防火標(biāo)志性氣體濃度分析，可及時發(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)、機電設(shè)備峒室及礦井輔運大巷頂部主要供電線路鋪設(shè)等地方延伸分布式光纖測溫系統(tǒng)的使用范圍，利用國際先進監(jiān)測手段使礦井的防火減災(zāi)工作更上一個臺階。

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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，高級工程師，現(xiàn)任山西同煤集團安全管理監(jiān)察局總工程師，主要從事煤礦安全管理工作。