２０１３年第５期 煤矿机 电 ・４５・ 分布式光纤感温报警系统在矿井火灾的监测研究 程宗泽，李奔锋 （郑Ｊ，ｉ Ｉ煤炭工业集团规划发展部，河南郑州４５００００） 摘一要： 随着我国煤矿采掘机械化和电气化程度的提高，矿井火灾越来越成为煤矿的重大灾害之 。采用分布式光纤感温报警系统，能实时测量到井下巷道中铺设的光缆沿线长期工作的温度变 化情况，一旦实时监测的温度与平时测量积累的温度经验值不同，系统就可做出合理判断。重点介 绍系统构成及原理，系统监测软件和技术关键。该系统经现场实际应用，取得了较好的效果，它可 对火灾进行预测和辅助处理，对井下事故发展情况进行掌控。 关键词： 光纤感温；温度监测；火灾报警 中图分类号：ＴＮ９２９．１１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—０８７４（２０１３）０５—００４５—０４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ａｌａｒｍ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｎｅ Ｆｉｒｅ Ｃｈｅｎｇ Ｚｏｎｇｚｅ，Ｌｉ Ｂｅｎｆｅｎｇ （Ｐｌａｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｍｉｎｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｇｒｏｕｐ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｉｒｉｆｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｏｍｅｓｔｉｃ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｆｉｒｅ ｈａｚａｒｄ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｒｉｏｕｓ ｄｉｓａｓｔｅｒ．Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｉｂｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｌａｒｍ ｓｙｓｔｅｍ ｉＳ ａｄｏｐｔｅｄ．ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｉｂｅｒ ｉｆｎ ｌｏｎｇ ｔｉｍｅ ｗｏｒｋ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｔ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｔｕｎｎｅ１．Ｏｎｃｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｉｔｈ ｕｓｕａｌ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｌｅｖｅｌ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｊｕｄｇｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍｓ’ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｇａｉｎｓ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔ ｂｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｅｄｉｃｔ ｆｉｒｅ ａｎｄ ｍａｋｅｓ ｓｏｍｅ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｅ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｆｉｂｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｉｎｇ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｆｉｒｅ ａｌａｒｍ ０引言 公里范围，空间定位精度达到米的量级，能够进行不 问断的自动测量，特别适用于需要大范围多点测量 目前，我国对煤矿火灾的预测预报方法主要有 磁探测法、电阻探测法、煤炭自燃温度探测法和红外 的场合，具有精度高、数据传输及读取速度快、自适 应性能好等优点。该系统还具有防燃、防爆、抗腐蚀 探测法等 Ｊ，但各种探测技术都存在着一定的弊 病，远远不能满足矿井火灾预警的需要。因此，及 时、准确地确定是否有火灾苗头存在，并发出预警， 使用户有充分的时间采取相应的措施，可避免发生 事故或引起火灾就尤为重要 Ｊ。 １ 分布式光纤感温报警系统 等特点，能实现实时快速线性测温并定位。 煤矿井下巷道电缆供电线路长、负载电流大、敷 设温湿度环境特殊，容易引起火灾安全事故，重大时 酿成灾难。电缆本身或介质，或接头出现缺陷、绝缘 护套击穿和意外火灾等现象都会导致电缆特定位置 温度升高，不及时处理，时间长了，出现电热击穿，引 分布式线型光纤感温报警系统是一种时域分布 式光纤监测系统，它以光时域反射技术，能连续测量 光纤沿线所在处的温度，测量距离从几公里到几十 燃电缆本身和外部材料。对电缆进行２４ ｈ不问断 温度检测是预防事故发生的重要手段。国外矿井电 缆发生故障率比中国低，主要原因是国外矿井电缆 普遍进行电缆温度实时监测。分布式线型光纤感温 ・４６・ 煤矿机电 ２０１３年第５期 报警系统则能够实时测量井下巷道中的温度变化。 由于光纤价格低廉，又可以长距离铺设，如果在井下 各个通道中沿配电的电缆、配电室、输送带等易发生 火灾的地方铺上光纤（如图１所示，固定在井下巷 道配电电缆上的光纤），就能利用分布式线型光纤 感温报警系统监测到光缆沿线的长期工作温度情 况。一旦实时监测的温度与平时测量积累的温度经 克斯光谱，而反斯托克斯光谱对光纤位置处的温度 敏感，光强与温度有着严格的解调关系。 ２．２系统构成 主要有大功率脉冲激光器，波分复用器 （ＷＤＭ），激光接收器（ＡＰＤ），同步累加高速模数转 换器，以及其它辅助数据处理通讯模块等。系统结 构如图２所示。 验值不同，系统就可做出合理判断，对火灾进行预测 和辅助处理，对井下事故发展情况进行掌控，真正做 到防患于未然。 １一探测光缆；２一电缆外护套 图１ 固定在井下巷道配电电缆上的光纤 分布式线型光纤感温报警系统还有着附加功 能，例如它具有自动电话报警功能，能提供报警分 级，也有自动扫描功能和自动识别系统，自动电话提 示记录，还可以增加可控拍照功能，同时能传输到计 算机，是一种光机电、计算机一体化技术的集成。 ２基本原理及构成 ２．１光纤时域反射（ＯＴＤＲ）和反斯托克斯 拉曼散 色（ＡＳＲＳ） ＯＴＤＲ是激光在光纤中传输时会产生背向反 射、散射现象，其中一部分的散射和反射的光就会在 不同时间沿光纤返回。从发射信号到返回信号所用 的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算 出距离，即： ｄ＝（Ｃ×ｔ）／２ （１） 式中：ｃ——光在真空中的速度； ￡——信号发射后到接收到信号（双程）的总时 间。 散射和反射回来光的强度，表征了光纤本身的 许多信息，如：衰减率、温度和振动等。在时域反射 光中，按照波长分类有：瑞利散射，拉曼散射和布里 渊散射，其中拉曼散射包含：斯托克斯光谱和反斯托 图２分布式线型光纤感温报警系统原理图 ３系统监测软件 主要是数据采集软件和网络管理软件。数据采 集软件主要完成测试光纤温度数据的采集、温度数 据解调、系统报警管理、实时显示温度数据曲线，与 网络管理中心进行数据交换等功能，数据采集软件 主界面如图３所示。 图３数据采集软件主界面 网络管理软件主要完成测试光纤数据的采集、 温度数据解调、系统报警管理、实时显示温度数据曲 线、与网络管理中心进行数据交换等功能。网络及 系统管理软件主要管理由测温光纤、分布式线型光 纤感温探测主机、采集报警器的网络系统，通过对网 络资料的录入、删除、编辑、通讯等，获得与实际相一
