陳瑞利

（汾西礦業(yè)孝義公司正旺煤業(yè)， 山西 孝義 032300）

引言

隨著礦井采深以及開采范圍不斷增加，皮帶輸送機鋪設(shè)范圍以及運輸距離不斷增大[1]。皮帶輸送機在運行過程中受到載荷大、運輸距離長、底板底鼓等各種不利因素影響，在局部位置可能出現(xiàn)由于異常摩擦導致溫度升高的問題，局部高溫點會引燃附近煤炭，從而給井下生產(chǎn)安全帶來較大制約[2-3]。為此對皮帶輸送機沿線溫度進行監(jiān)測對提升皮帶輸送機運行可靠性以及安全保障能力等均有顯著促進意義[4]。光纖測溫可實現(xiàn)長距離溫度監(jiān)測，同時具有監(jiān)測靈敏度較高、耐高溫、施工便捷等優(yōu)點，具備傳統(tǒng)溫度傳感器沒有的優(yōu)勢。

1 礦井皮帶輸送機概況

山西某礦采用斜井+平硐開拓，煤炭運輸主要通過皮帶輸送機，現(xiàn)階段井下皮帶輸送機總鋪設(shè)長度達到25.6 km。其中主斜井皮帶輸送機運輸長度為2890 m，主運輸巷皮帶輸送機運行距離達到3950 m，均采用4 臺功率為1150 kW 電機帶動運轉(zhuǎn)。主斜井以及主運輸巷皮帶輸送機是井下煤炭外運的主要通道，受到運輸距離長、巷道坡度變化大以及局部空間狹小等因素影響，皮帶輸送機運行過程中難以避免出現(xiàn)故障，當故障發(fā)生時容易出現(xiàn)局部高溫。

現(xiàn)階段礦井皮帶輸送機檢查主要依靠人工巡檢，受到巡檢人員少、巡檢距離長以及井下環(huán)境惡劣等因素影響，人工巡檢無法及時掌握皮帶輸送機各位置狀態(tài)，同時皮帶輸送機局部位置處于封閉狀態(tài)，人工巡檢難以掌握封閉點內(nèi)部狀況，導致隱患擴大。

2 光纖測溫現(xiàn)場應用

2.1 光纖測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光纖傳感技術(shù)相對于傳統(tǒng)的熱電阻、熱電偶以及磁電式等傳感器具有測量精度高、測量距離長、耐高溫、安裝簡單以及無需維護等優(yōu)點[5]。礦井選用的光纖測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成見圖1 所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成包括光纖主機、探測光纖等。探測光纖沿著皮帶輸送機鋪設(shè)，用以對皮帶輸送機沿線溫度測定；光纖主機對探測光纖獲取到的皮帶輸送機沿線溫度信號進行分析，當發(fā)現(xiàn)異常時及時發(fā)出預警信息，光纖主機可通過RS485 或CAN 總線與監(jiān)控中心連接，從而構(gòu)建完整的預警系統(tǒng)。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成見圖1 所示。

圖1 光纖測溫系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

2.2 探測光纖鋪設(shè)方式

2.2.1 探測光纖結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場溫度監(jiān)測使用的探測光纖類型為多模光纖，具體結(jié)構(gòu)組成如下頁圖2 所示，使用規(guī)格主要為50/125 μm，光纖表面使用鎧裝護套保護，提高光纖抗破壞能力。現(xiàn)場使用的探測光纖溫度變化敏感，并具備較強的抗拉、抗高溫、抗壓以及阻燃等能力。具體技術(shù)指標見表1 所示。

圖2 光纖結(jié)構(gòu)

表1 探測光纖技術(shù)參數(shù)

2.2.2 沿線鋪設(shè)方式

探測光纖常見的鋪設(shè)方式依據(jù)鋪設(shè)路線數(shù)量可細分為單線式、雙線式以及多線式等。單線式多鋪設(shè)在皮帶輸送機一側(cè)，該種鋪設(shè)方式僅實現(xiàn)皮帶輸送機一側(cè)位置溫度監(jiān)測，當非鋪設(shè)側(cè)出現(xiàn)高溫點時則無法及時探知；雙線式在皮帶輸送機兩側(cè)均鋪設(shè)探測光纖，可實現(xiàn)兩側(cè)位置溫度實時監(jiān)測，但是無法掌握皮帶底部溫度情況；多線式則在皮帶輸送機左右兩側(cè)以及下部位置均鋪設(shè)探測光纖，實現(xiàn)皮帶輸送機全斷面溫度監(jiān)測，但是也存在線路鋪設(shè)多、材料使用量大等問題。

通過上述分析，結(jié)合礦井運輸系統(tǒng)實際情況，最終選擇采用多線式鋪設(shè)方式對皮帶輸送機溫度進行測定，將探測光纖分別鋪設(shè)在上部兩側(cè)托輥下方、下托輥下方，具體各探測光纖鋪設(shè)情況如圖3 所示。

圖3 皮帶輸送機沿線探測光纖鋪設(shè)位置示意圖

2.2.3 驅(qū)動裝置位置鋪設(shè)方式

由于驅(qū)動裝置位置部分設(shè)備處于封閉狀態(tài)，為此提出使用定點探測盤對驅(qū)動裝置溫度探測。具體在驅(qū)動電機上布置的定點探測盤布置見圖4 所示，通過安裝多個定點探測盤可實現(xiàn)驅(qū)動裝置多位置溫度精準測定，以便發(fā)現(xiàn)驅(qū)動裝置溫度異常位置以及異常情況。

圖4 定點探測盤示意圖

溫度探測使用的定點探測盤為規(guī)格100 mm×100 mm 金屬塊，并在金屬礦內(nèi)鋪設(shè)10～15 m 探測光纖實現(xiàn)金屬塊全范圍溫度探測，同時使用的金屬塊應具備較好的熱傳導性能。

2.3 現(xiàn)場應用效果

在礦井主斜井、主運輸巷使用光纖測溫系統(tǒng)后，該系統(tǒng)可實現(xiàn)皮帶輸送機沿線溫度的實時監(jiān)測，同時系統(tǒng)運行穩(wěn)定，上位機可以曲線形式表現(xiàn)沿線溫度。當發(fā)現(xiàn)溫度異常時，光纖測溫系統(tǒng)可自動確定異常點位置，從而便于相關(guān)人員及時前去處理，提高了故障維修針對性。現(xiàn)場皮帶輸送機巡檢人員數(shù)量由以往的5 人減少至3 人，同時地面監(jiān)控中心即可實時掌握皮帶輸送機沿線溫度分布情況。

3 結(jié)語

將光纖測溫應用到皮帶輸送機沿線溫度探測中實現(xiàn)皮帶輸送機沿線溫度探測，可提高皮帶輸送機運行安全保障能力。文中以主斜井以及主運輸巷皮帶輸送機為工程實例，對光纖測溫結(jié)構(gòu)組成、光纖鋪設(shè)方式等進行闡述。測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通過上位機即可掌握井下皮帶輸送機異常高溫點位置，在礦井使用光纖測溫系統(tǒng)后，可明顯降低巡檢人員勞動強度，減少井下作業(yè)人員數(shù)量。