張琨

（兗州煤業(yè)鄂爾多斯市營(yíng)盤壕煤炭有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017300）

1 儀器和設(shè)備

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康募耙?，采用輕質(zhì)鋼軌模擬井筒中罐道，鋼軌每根長(zhǎng)度6m，頭寬38.1mm，高度69.85mm，底板69.85mm，腰厚7.54mm，單重12.2kg/m，采用連接板和螺栓將兩根鋼軌首尾連接，共連接4 根，合計(jì)24m，在鋼軌上安裝光纖振動(dòng)傳感器、光纖光柵應(yīng)變計(jì)和光纖光柵測(cè)縫計(jì)，使用外力引起鋼軌產(chǎn)生振動(dòng)及變形，通過(guò)快速解調(diào)儀和自主開(kāi)發(fā)軟件進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備

將4 根鋼軌首尾相接并加以固定，共布置3 支光纖振動(dòng)傳感器、1 支光纖光柵裂縫計(jì)和1 支光纖光柵應(yīng)變計(jì)，在鋼軌側(cè)面選擇合適位置布置，傳感器位置如圖1 所示。

圖1 鋼軌監(jiān)測(cè)模擬試驗(yàn)布置方案

2 鋼軌接縫處振動(dòng)信號(hào)探測(cè)試驗(yàn)

2.1 鋼軌接縫處連接狀態(tài)較好（兩支傳感器監(jiān)測(cè)）

手持圓柱型鐵棍在第三根和第四根鋼軌上由左到右勻速滑動(dòng)，如圖2 所示。鋼軌連接處左側(cè)偏低右側(cè)偏高；手持圓柱型鐵棍在第三根和第四根鋼軌上由右到左勻速滑動(dòng)，如圖3 所示。通過(guò)兩次監(jiān)測(cè)對(duì)比可知，由于鋼軌連接處不平滑，均產(chǎn)生了明顯的振動(dòng)信號(hào)，信號(hào)寬度較小。由低到高運(yùn)行時(shí)阻力相對(duì)較大，振動(dòng)傳感器信號(hào)更為明顯、強(qiáng)烈，由高到低運(yùn)行時(shí)阻力相對(duì)較小，振動(dòng)信號(hào)相對(duì)較弱。

圖2 鋼軌接縫

圖3 鋼軌接縫振動(dòng)模擬

2.2 鋼軌接縫處連接狀態(tài)較差（兩支傳感器監(jiān)測(cè)）

人為將鋼軌錯(cuò)開(kāi)一些縫隙模擬現(xiàn)場(chǎng)井筒罐道產(chǎn)生嚴(yán)重錯(cuò)位，使用相同的力度做模擬試驗(yàn)，得到由低到高和由高到低的振動(dòng)波形圖，很明顯不管從哪個(gè)方向運(yùn)行，波形圖信號(hào)寬度明顯增大，振幅較大，與鋼軌接縫處連接狀態(tài)較好時(shí)有明顯差異，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢修和維護(hù)。

2.3 不同傳輸距離信號(hào)監(jiān)測(cè)（三支傳感器監(jiān)測(cè)）

圖4 鋼軌連接縫隙較大狀態(tài)

圖5 鋼軌變形監(jiān)測(cè)

圖6 模擬實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)圖

以右側(cè)為原點(diǎn)，在0m、12m 和24m 處位置用同等力度敲擊鋼軌，監(jiān)測(cè)的振動(dòng)信號(hào)顯示，傳感器與震源越近，振動(dòng)信號(hào)越強(qiáng)烈。傳感器解調(diào)過(guò)程中，強(qiáng)烈的信號(hào)解調(diào)效果較好，加速度約（1.2-1.9）×10-4m/s2，頻率約為150Hz；傳感器離震源最近時(shí)，解調(diào)信號(hào)加速度約5.5×10-4m/s2，頻率約為185Hz。由此看來(lái)，多組傳感器可以確定振動(dòng)信號(hào)加速度和振動(dòng)固有頻率，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中，可通過(guò)試運(yùn)行確定和合理的閾值進(jìn)行預(yù)警報(bào)警。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在鋼軌接縫處位移監(jiān)測(cè)試驗(yàn)中，鋼軌連接狀態(tài)較好時(shí)，將裂縫計(jì)橫跨固定在裂縫量測(cè)，并保留5mm 余量；監(jiān)測(cè)軟件設(shè)定預(yù)警值為8mm，軟件顯示出相應(yīng)示數(shù)變化并保持綠色正常運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)以上試驗(yàn)及監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，驗(yàn)證了光纖振動(dòng)傳感器、光纖光柵裂縫計(jì)和光纖光柵應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)井筒裝備狀態(tài)的可行性，為下一步現(xiàn)場(chǎng)安裝及監(jiān)測(cè)奠定應(yīng)用基礎(chǔ)。