摘要：本文主要以神东煤炭集团公司大柳塔煤矿5-2煤780米主斜井胶带机自动防灭火系统的应用为例，探讨测温光纤技术在长距离井下生产环境中的应用。结果表明此系统可在高产高效自动化化矿井中胶带机运输系统中可靠应用。
1引言
矿井胶带机火灾事故是非常严重的安全事故，轻则烧毁设备造成重大经济损失，重则造成人员伤亡设置使受到矿井毁灭性的灾难，对矿井生产人员及设备有着极大地危害。本套自动防灭火系统可实现对运输皮带温度监测和早期火灾预警功能，可实现绝对温度报警、温升速率、区域相对温度报警、气体检测和生产过程中自动降尘的功能，针对性强，可靠性高，在自动化程度高的矿井中有着更加实用的应用价值。
2带式输送机自动洒水防灭火系统现状
皮带运输是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的运输系统，由于长期的摩擦，皮带运输系统局部发热等问题困扰着设备运行的安全性，如果处理不及时，甚至会发生火灾，造成严重的经济损失。如何保障皮带运输系统安全运行，一直是煤矿企业关注的问题。当前，对皮带运输系统采取了简单的洒水措施，主要是降尘，以及对机头机尾在启动时的降温。但是，从皮带运输系统故障实际发生的情况来看，有相当一部分却是发生在中间传送部分，托辊在经过长期摩擦、温升、形变乃至发生断裂，锋利的断裂口划破皮带导致皮带撕裂，或者因为会因为摩擦持续升温导致火灾。目前，针对占据整个皮带运输系统绝大部分的传送部分，没有采取任何消防措施来抑制因为长期持续的摩擦引起的温升，急需涵盖机头驱动滚筒、机尾滚筒、转向滚筒、制动装置以及每一个托辊的洒水系统。
3测温光钎的原理
分布式光纤测温（Distributed Temperature Sensing）（简称DTS）技术最早示范成功是在1981年，Southampton大学在通讯光纤上测试成功。一般将DTS测温原理和定位原理称为ROTDR，其工作机理是向被测光纤发射光脉冲，发生拉曼散射现象，在光纤中形成背向散射光和前向散射光。其中，背向散射光向后传播至光纤的起始端（也就是光脉冲的注入端），由于每一个背向传播的散射光都对应光纤上的一个散射点，因此，根据背向散射光的行进时间便可判断出光纤上发生散射点的位臵。
d=（c×t）/ 2 ×（IOR） [1]
其中，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号（双程）的总时间，IOR是光纤折射率。 通过采集和分析入射光脉冲从光纤的一端（注入端）注入后在光纤内传播时产生的 Raman 背向反射光的时间和强度信息得到相应的位置和温度信息，在得知每一点的温度和位置信息后，就可以得到一个关于整根光纤的不同位臵的温度曲线。
4分布式光纤测温技术的优势
目前应用于带式输送机温度监测比较普遍的技术有：点式温度传感器（含记忆合金温度传感器）、感温电缆技术、光纤测温技术。目前对带式输送机沿线的温度检测主要应用感温电缆技术，感温电缆检测是线性感温探测器一种，应用技术较为成熟，但存在很多固有缺陷，以下是分布式光纤测温与感温电缆的技术对比：
感温电缆：测温精度为±10℃；只能对火警区域进行定位；安装特性比较复杂，现场除安装感温电缆外，每段电缆需配一个“微机头”（带电），每个微机头与控制室的火灾报警控制器之间还得安装电源电缆与报警输出电缆等；报警方式为固定温度报警；并且分区不灵活，每个分区只能设定固定的报警温度；实际使用中有很多用了两三年后性能就不可靠了，会常发生误报；没有灾前数据统计分析功能和火情分析功能；性价比低，维护使用成本高。
分布式光纤测温：测温精度为1℃；显示事故点温度读数及位置。（定位精度：<1m）；安装现场只需铺设感温光缆（无任何带电部件），安装非常简单；可综合设置多种报警模式（绝对温度报警、温升速率、区域相对温度报警）；分区可利用控制室的控制软件灵活设置，一个分区可设置多级不同报警方式。另外软件可根据冬夏季节现场温度的变化情况自动对报警温度阀值进行修改；感温光缆抗射频和电磁干扰、防燃、防爆、抗腐蚀、防辐射、绝缘强度高，使用寿命大于30年；并且有灾前数据统计分析功能及火情分析功能；性价比高，维护成本低；
针对带式输送机距离长，需要连续温度检测的要求，应用分布式光纤测温是最佳选择。应用分布式光纤测温技术进行火灾早期预警，与传统温度监测方式相比具有以下优势：
1）针对性强：由于整根光缆不仅用作信号传输，还可用作温度检测，监测点密集，范围大，还可对温度异常区域进行定位，特别适合对长距离带式输送机进行温度检测及早期火灾预警。
2）可靠性高：探测部分完全采用光传输方式，安全防爆防雷，并可以完全杜绝电磁干扰影响；系统兼备故障自检测功能，光缆发生故障时，可以在光缆全长曲线上指示出断点的具体位置，有利于系统的故障监测与迅速维修。
3）系统安装简便：信号传输和探测用一根光缆，现场仅需将感温光缆固定即可完成安装工作。
5 系统结构
5.1测温光纤 在皮带回程下托辊“V”型支架下部安装感温光纤，实现由托辊高温异常引发的火灾、皮带支架底部煤粉阴燃暗火的准确探测、以及其他因素引起的皮带巷道火灾监测。采用将测温光纤盘在滚筒测温热盘上，热盘贴装于滚筒轴承端盖之上，通过温升趋势判断滚筒是否打滑摩擦超温，实现滚筒运转状态检测
5.2测温主机控制单元 一旦发现所测量环境温度值超过标准设定报警温度时，光纤分布式测温主机直接通过通讯的方式把实时报警信号送到自动洒水降温监控系统，控制系统得到确认后进行相关的联动显示异常报警部位，并自动洒水降温。光纤分布式测温主机控制单元沿整条光缆提供连续线型温度监测。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆光纤分布式测温主机控制单元连接相应的光缆组成了一个智能的探测器，对报警区域长度及报警点进行整体编程。根据不同的实际应用，既可以为固定的温度报警点，也可以为温度增长率或两种方式的综合。报警点及区域长度可调整到符合实际状况。
5.3洒水喷头的布置 每个滚筒均设置4-5个洒水喷头，设置于皮带内侧0.15~0.3m处，在启动以及检测到温度异常时自动洒水。每个滚筒所配置洒水支管设置专门的电动球阀。由于胶带机机头已经安装洒水装置，故本方案不再包含对滚筒的洒水降温部分。托辊数量较多，在事故发热较大的回程托辊设置的喷头数量也较大。洒水喷头设置于回程托辊斜下方，喷射方向为顺风并以此选择在托辊哪一侧安装喷头，每组托辊（两只）设置1个洒水喷头，相邻的16组托辊所配洒水支管可以共用一个电动球阀。可以手动洒水，也可以在检测到温升异常时，自动向几组托辊洒水。
5.4皮带巷道降尘 皮带输送机转载点必须设置洒水喷头，逆风方向洒水降尘。皮带巷道内设置洒水喷头以降尘。皮带巷道沿线设置水幕净化风流，粉尘浓度超标后开启供水阀门。安设粉尘浓度传感器进行粉尘浓度连续监测。本技术方案选用粉尘浓度超限喷雾降尘系统，在皮带输送机沿线每400m左右处各布置一道风流净化水幕，配合粉尘浓度传感器可实现风流净化水幕的自动控制和粉尘浓度的连续在线监测。
5.5与光纤测温系统的联网 为了使本系统使用效果更优化，必须借助DTS测温系统已有的经验积累和技术优势。洒水控制箱设置与DTS测温主机的联网接口。DTS主机提供的温度检测信号由网口、光口输出，并可提供MODBUS协议。洒水控制箱提供相应的接口，通过数据分析，输出洒水控制信号，输出接口为RS485。
5.6洒水水管的安装 矿井必须设地面消防水池和井下消防管路系统。井下消防管路系统应每隔100m设置支管和阀门，但在带式输送机巷道中应每隔50m设置支管和阀门。地面的消防水池必须经常保持不少于200m3的水量。如果消防用水同生产、生活用水共用同一水池，应有确保消防用水的措施。防灭火采用消防管路中的用水，消防管路用水应满足相关标准规定的水质及水压的要求。洒水水管布置在胶带运输机机架沿线，以稳固，方便，安全为原则，既可以喷洒到回程辊，又不影响设备的维护和检修。
5.7烟雾、一氧化碳及粉尘浓度传感器 皮带沿线每台井下监控分站处（400-500米）安装一组烟雾、一氧化碳传感器和粉尘浓度传感器。当烟雾或一氧化碳超限时，自动喷洒系统开始工作，并发出报警。
5.8上位机监控 在调度室监控主机设置有现场设备监控软件，可在上位机监控及操作现场控制器电磁阀门。
6 自动洒水防灭火系统概况及覆盖范围
本项目以神东煤炭集团大柳塔煤矿主斜井沿线安设防灭火系统。实现对胶带机沿线温度、烟雾和煤尘状况进行实时检测和超标报警，并能够在出现火灾时实现自动停机和局部洒水灭火的功能，并将数据上传至调度室和相关区队办公室，以便实现对胶带机温度和火灾报警进行实时监控。由于胶带机机头已经安装布置有洒水装置，故此方案仅包含胶带机巷道的沿线，主要监测点为最容易发生超温故障的胶带机回程托辊。系统可将胶带机所有回程托辊温度进行适时监测，并在温度异常的情况下，发出声光报警并且联动阀门控制器，对超温段的回程托辊及时进行洒水降温。
本系统包括井下监控分站、阀门控制器、电动阀门、洒水喷头、加（减）压装置、传输电缆（光缆）、水管等组成。阀门控制器为隔爆兼本质安全型，通过现场总线控制开闭相对应的电动阀，实现对指定区域回程托辊进行洒水降温。对于具有相当高度差的带倾角的皮带机，为了保证各点洒水压力，需要在供水管路上设置加（减）压装置。阀门控制器与井下监控分站之间通过现场总线连接，井下监控分站与上位机之间通过数据通讯接口通讯连接。现场带式输送机下托辊自动洒水降温系统每50米由一个阀门控制，每两个阀门由一个阀门控制器控制，每8个阀门控制器接入一台井下监控分站，即每台井下监控分站控制400米皮带。
7 自动洒水防灭火系统主要功能
1）本系统可以和光纤测温系统联网使用，亦可以独立使用；
2）在皮带运输机起动时，按照规程要求，在规定的区域洒水，主要是机头机尾；
3）在皮带运输机运行过程中，按照规程要求，对规定的地点定时洒水；
4）可以在任何一个洒水点，实现就地手动洒水；
5）可以在监控室通过监控软件，针对任何一个洒水区域，实现远程手动洒水；
6）光纤测温系统联网使用，可以实现以下功能：
7）当光纤测温系统检测到皮带运输机某点温升异常（单位时间内温度升高超过预警值）时，或者温度升至预警值时，在控制室和故障点发出声光报警，并自动对该段区域自动洒水；
8）如果温度继续攀升至断电值时，继续对该段区域洒水，在发出声光报警的同时，紧急关停皮带运输机。
9）可以在监控室主机上实现对各洒水喷头状态的远程监控，并提供洒水历史数据查询以及报表打印功能。
10）沿线烟雾、粉尘浓度及其一氧化碳信号采集功能；
8结论
该自动洒水防灭火系统在矿井实际应运中对胶带机安全保护意义重大，可有效防止胶带机火灾，还可实现自动降尘、气体检测等功能，且安装维护简便，所有设备均适应于矿井内防爆标准及复杂环境，可在矿井胶带机系统内广泛推广。
神东煤炭集团大柳塔煤矿：张克亮
论文作者:张克亮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/17
标签：测温论文; 光纤论文; 温度论文; 皮带论文; 系统论文; 喷头论文; 矿井论文; 《基层建设》2018年第33期论文;