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        一種煤礦井下可再生光纖冷接裝置

        2020-08-21 08:02:12張金豪
        煤礦安全 2020年8期
        關(guān)鍵詞:接線盒蓋子密封圈

        張金豪,陳 敏

        (1.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司,重慶400039;2.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶400037;3.重慶市科能高級技工學(xué)校,重慶400033)

        根據(jù)國辦〔2013〕99 號《國務(wù)院辦公廳關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)煤礦安全生產(chǎn)工作的通知》[1],煤礦需要進(jìn)一步提高煤礦通信聯(lián)絡(luò)技術(shù)水平,提升應(yīng)急通信保障能力。目前煤礦井下通信主要采用工業(yè)以太網(wǎng)[2-4],工業(yè)以太網(wǎng)具有傳輸速率高,性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)以太網(wǎng)信息傳輸介質(zhì)主要有5 類網(wǎng)線和光纖2 種。煤礦井下由于環(huán)境比較惡劣,各類型設(shè)備分布散、距離遠(yuǎn)、電信號抗干擾比較弱,因此網(wǎng)線通常用于煤礦井下環(huán)境比較好,傳輸距離比較近的區(qū)域。光纖傳輸具有傳輸距離遠(yuǎn)(可達(dá)幾十公里)、信號傳輸速率高(可以達(dá)到10 G 以上)、光信號不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn),因此光纖傳輸在煤礦井下得到廣泛應(yīng)用。

        目前光纖介質(zhì)在煤礦井下熔接時存在以下幾個問題:①要產(chǎn)生高溫火花,煤礦井下存在易燃易爆氣體,容易產(chǎn)生安全事故;②井下熔接光纖接頭數(shù)量受到施工者所帶熱熔接機(jī)備用電池限制,影響施工進(jìn)度,工作效率不高;③熱熔接設(shè)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(fā)[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(fā)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(fā),保持永久良好光纖導(dǎo)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??稍偕鹿饫w接線盒結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)Fig.1 Renewable underground optical fiber junction box structure

        1.1 OV 型光纖冷接頭結(jié)構(gòu)

        1)OV 型光纖冷接頭外部結(jié)構(gòu)。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(shè)計(jì)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(nèi)部結(jié)構(gòu)。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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)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(shè)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(nèi),光芯束放在半O 形槽內(nèi),光纖芯通過OV 槽上部的V 型槽(部件9)進(jìn)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(dá)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(jìn)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(diǎn)剛好對接,是減少光纖損耗的技術(shù)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(dāng)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(dāng)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(jī)整體,降低光對損耗。繼續(xù)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(fā)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(fā))這當(dāng)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(fā)時間是很強(qiáng)的。當(dāng)OV 型槽中的光纖匹配液完全揮發(fā)或者大部分揮發(fā)以后,可以通過擰開蓋子(部件2)繼續(xù)增加光纖匹配液,繼續(xù)使用該光纖冷接裝置,而不用更換光纖冷接頭,達(dá)到光纖冷接頭可再生的目的,大大的節(jié)約了光纖連接時間,提升了工人工作效率,降低了維護(hù)成本。

        2 試驗(yàn)測試

        在實(shí)驗(yàn)室隨機(jī)抽取了10 個OV 型光纖冷接頭進(jìn)行了一系列測試:光纖壓接可靠性試驗(yàn)、光纖對接光纖損耗試驗(yàn)、光纖匹配液高溫蒸發(fā)試驗(yàn)以及冷接頭可再生試驗(yàn)。

        試驗(yàn)中10 個OV 型光纖冷接頭的壓接、密封都非常緊密,沒有出現(xiàn)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(yàn)樣品進(jìn)行高溫試驗(yàn)(由于時間原因,高溫蒸發(fā)時V 型槽中匹配液體只注入到剛好溢出底部O 型槽),經(jīng)過25 d 后,光纖的損耗度略有增加。當(dāng)重新注入匹配液體后,光纖損耗恢復(fù)到最初的光纖損耗值(差異可以忽略不計(jì))。

        3 結(jié) 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(jìn)行了詳細(xì)闡述。通過各類試驗(yàn)表明:通過該裝置的OV 型槽設(shè)計(jì),冷接裝置可進(jìn)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(chǎn)事故;降低了煤礦工人施工維修時間,提升了工作效率;產(chǎn)品可重復(fù)多次注入匹配液,達(dá)到了可再生的目的。

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