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专利名称：矿用带式输送机火灾预警监测方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤矿安全领域，特别涉及一种用于矿用带式输送机火灾预警的监测方 法，还涉及一种用于矿用带式输送机火灾预警的监测系统。
背景技术：
矿用带式输送机由于长时间的使用，容易诱发火灾，其火灾诱因主要有以下几方 面①滚筒打滑正常运行情况下，胶带相对滚筒表面的滑差率一般不超过2%，如果出现 胶带打滑，则胶带与滚筒之间存在着较大的相对滑动，并导致摩擦温升，如不能及时发现， 一旦温度升至胶带点燃温度将会导致火灾.常见的主动滚筒打滑的原因有满仓后机头堆 煤、滚筒上的防滑胶磨损严重、紧急停车后的满载起动等；而从动滚筒打滑的主要原因则是 滚筒轴承严重损坏或卡死。②托辊故障胶带输送机着火事故中，由于托辊卡死导致托辊温 升过高而引燃胶带是近年来矿用胶带机火灾的主要起因之一。由于井下的环境条件较差， 托辊轴承内很容易进入粉尘，寿命较短，轴承损坏卡死后，胶带将在托辊表面持续摩擦，使 托辊积累大量的热量。托辊温度升至很高，从而烤燃胶带，并进一步点燃煤粉，迅速扩大火 势。调查中还发现.主要是下托辊不转容易引起胶带着火，因为下托辊，特别是靠近机尾处 的下托辊，托架离地面很近，极易被皎带上撒落的煤粉包围，出现堆煤，致使托辊的散热条 件变差，使卡死的托辊温升过高。③煤粉自燃在胶带输送机沿线地面存在着大量的煤堆， 由于与空气接触而氧化生热，在散热条件不畅的情况下，氧化生成的热量大于向四周散发 的热量，致使煤的温度逐渐升高导致“阴燃”，一旦达到煤的燃点时就会自燃形成火势。④外 部火源除了上述由胶带机本身引起的火灾之外，引起胶带机火灾的另一个原因是外界意 外火源，如人为的明火、电线短路、井下变电所着火、不合理现场焊接、大矸石落到胶带下面 摩擦起火等。国内目前胶带输送机综合保护系统种类比较多，规模比较大的生产厂家主要有天 津华宁电子、天津贝克、重庆煤科院、常州联力自动化、天地科技常州自动化研究院等。国内 应用于胶带输送机火灾监测比较普遍的技术有温度(含记忆合金温度传感器)、烟雾、一氧 化碳浓度、火焰探测器以及热敏电缆技术。其中主要还是以烟雾、一氧化碳检测和温度为 主，实现对胶带输送机头、机尾等关键部位进行火情探测。但是目前的烟雾和一氧化碳检测 技术存在着很大局限性，在现场实际使用时误报警率非常高，使用效果不好；温度检测技术 有多种，从传统的Pt电阻到记忆合金和非接触红外测温等技术，均不能实现整个运输巷的 分布式、连续监测。

发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供了一种矿用带式输送机火灾预警监测方法， 适用于矿用带式输送机的火灾早期预警，具有监测效果好、测温灵敏度高的优点；本发明的 目的之二是提供一种矿用带式输送机火灾预警监测系统，该系统采用分布式光纤进行温度 监测，并且创造性地提出了紧贴传导式的光纤设置理念，从而温度监测更为准确可靠，同时能够实现整个运输巷的分布式连续监测，克服了现有带式输送机监测技术在使用时误报率 高、覆盖范围小、连续性不强的缺陷。本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的 该矿用带式输送机火灾预警监测方法包括以下步骤
1)将矿用带式输送机上容易发生火灾的部位设置为测温部位；
2)在每个测温部位均通过测温光纤导热夹具安装测温光纤，测温光纤导热夹具的导热 面与测温部位直接接触并将该部位的温度直接传导至测温光纤；
3)将每一路测温光纤连接至测温光纤主机，通过测温光纤主机传递温度和位置信息至 上位主机，通过上位主机实时监控每一处测温部位以及测温光纤经过的胶带输送机沿线空 间环境的温度情况，当某处测温部位的温度超过预警阀值时，发出控制信号。本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的 该矿用带式输送机火灾预警监测系包括
测温光纤；
测温光纤主机，用于提供入射激光脉冲并采集、分析从测温光纤中传回的后向散热光， 得到测量点的温度和距离参数；
测温光纤导热夹具，所述夹具用于将测温光纤固定在矿用带式输送机上的多个测温部 位，所述夹具包括一个热传导面，该热传导面与矿用带式输送机上的测温部位直接接触并 将该处温度直接传导至测温光纤；
监控主机，接收从测温光纤主机发出的各个测量点的温度和距离参数并比较各处的温 度值是否超过报警阀值。进一步，所述测温光纤导热夹具包括光纤收纳盘，所述光纤收纳盘采用导热性好 的金属材料制作，所述光纤收纳盘的中部设置有用于盘放光纤的腔室，所述光纤收纳盘的 底部平面通过可拆卸的固定装置与矿用带式输送机上的测温部位固定连接；
进一步，所述测温光纤导热夹具还包括保护盒体，所述保护盒体包括上盒体和下盒体， 所述上盒体和下盒体的一端铰接，另一端可相对闭合卡紧，所述光纤收纳盘设置在下盒体 内部，所述下盒体上设置有光纤入口和光纤出口，所说下盒体的底部设置有与光纤收纳盘 相连接的导热件，所述导热件用于将测温部位的温度传导至光纤收纳盘；所述固定装置设 置在下盒体的底部平面上；
进一步，所述导热件与光纤收纳盘制成一体； 进一步，所述固定装置为磁力吸盘；
进一步，所述测温光纤导热夹具包括导热件、热管和固定支撑装置，所述光纤穿设在热 管内部，所述热管与导热件紧密接触且两者通过固定支撑装置固定在测温部位附近； 进一步，所述热管以及测温光纤在靠近热管的至少部分裸露段上套设有防风护套； 进一步，所述测温光纤主机与监控主机之间通过光口和/或网口连接。本发明的有益效果是
1)本发明采用了分布式光纤测温技术，通过测温光纤与光纤主机的配合，具有抗电磁 干扰能力强、耐腐蚀、无源实时监测、防爆性好、可绕曲、灵敏度高、使用寿命长、传输距离远 和维护方便的优点，同时本发明还创造性地提出了紧贴式光纤测温的理念，即在带式输送 机运行过程中容易温升的部位(包括胶带输送机机头、机尾等滚筒以及交待输送机沿线各托辊等)设置与之直接接触的导热夹具，通过导热夹具将该处的温度传导至测温光纤，从而 保证了光纤测温的精确性和可靠性，创造性地将导热夹具传导关键点温度检测以及光纤直 接检测区域环境温度相结合，达到了对胶带输送机无盲区温度监测的效果，实现煤矿井下 输送皮带火灾早期检测、预警，并且有效避免了传统光纤测温技术仅依靠光纤暴露在空气 中测量环境温度导致的不确定性和延迟、误报问题；
2)本发明的火灾预警系统由于采用易于移动和安装的夹具式铺设方式，所以更有利于 组成分布式光纤测温网络，能够同时满足多台带式输送机的温度监控和长时间、不间断的 连续监测。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在 某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从 本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书 来实现和获得。


为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中
图1为测温主机电气连接示意图2光纤测温主机的温度测量原理示意图3为一种测温光纤导热夹具的内部结构示意图4为图3所示夹具的外部结构示意图5为另一种测温光纤导热夹具的结构示意图6为导热夹具的安装状态示意图7为导热夹具安装在V形下托辊处的放大示意图。
具体实施例方式以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。图1为本发明的电气连接示意图，如图1所示，测温光纤主机有一个本安-光口 / 电口输出、一个电源输入接口。光口经以太网光纤收发器接入到主机；电口(本发明的实施 例中采用RJ45接口)经安全栅电路隔离后，输出本安信号。主机有两路光纤输入测量通道， 分别是1、2路。电源输入接口可接入50Hz交流电压的等级为127V /220V/380V/ 660V AC; 电源分两路输出，一路输出MV DC供内部DTS主机，一路输出5V DC供以太网光纤收发器。本实施例中的光纤测温主机采用光的拉曼时间域反射技术，其温度测量原理如图 2所示，当激光脉冲沿着光纤传输时，它的后向散射光将沿着光纤传回发射端，通过采集、解 析后向散射光，提取出拉曼-斯托克顿光与拉曼-反斯托克顿光的强度，从而得到了光纤沿 路温度；同时测量出向散射光到达发射端的时间，就可以计算出测量点在光线沿路的位置。本发明的火灾预警系统是利用导热夹具传导关键点温度检测以及光纤直接检测 区域环境温度，两者检测相结合实现对胶带输送机无盲区温度监测，实现煤矿井下输送皮 带火灾早期检测、预警。图3为一种测温光纤导热夹具的内部结构示意图，图4为该测温光纤导热夹具的外部结构示意图，如图所示，该测温光纤导热夹具的主体为光纤收纳盘1，该 光纤收纳盘1采用导热性好的金属材料制作，如紫铜等，在光纤收纳盘1的中部位置设置有 用于盘放光纤的腔室la，经试验证明，只有将传感光纤盘绕在光纤收纳盘上才能获得充分 的热量，因此在采用盘圈放置方式的情况下，还必须保证光纤在光纤收纳盘内的放置长度 要达到lm，故盘放光纤的腔室设计须符合光纤最小盘圈直径D ^ 6. 5cm的要求，以满足光纤 耗损；
作为进一步的改进，该测温光纤导热夹具还包括一个保护盒体，该保护盒体包括上盒 体2和下盒体3，上盒体2和下盒体3的一端铰接，另一端可相对闭合卡紧，而光纤收纳盘1 设置在下盒体2内部，在下盒体2的水平方向上设置有光纤入口和光纤出口且在下盒体2 的底部设置有与光纤收纳盘相连接的导热件4，该导热件4可采用与光纤收纳盘1相同的 材质制作且两者可制成一体，该导热件的作用在于将测温部位的温度传导至光纤收纳盘1 ； 在下盒体2的底部平面上设置有方便拆卸的固定装置5，从实用性和操作性出发，本实施例 中的固定装置5采用了磁力吸盘，从而可以很轻松地将导热夹具本体吸附在需要重点监控 的测温部位。图5是另一种测温光纤导热夹具的结构示意图，如图所示，该测温光纤导热夹具 采用了热管式结构，即利用热管将导热件的热量传导到依附在热管上的传感光纤，其主要 包括了导热片6、热管7和固定支撑装置8，本实施例中，测温光纤穿设在热管内部，导热片 6选用铜片与测温部位直接贴合进行热传导，而热管与导热片6相连接且热管7通过热管 压板7a固定在固定支撑装置8的上部，固定支撑装置8通过止动螺母9固定在测温部位附 近。通过准确定位光纤，将0. 5m的有效导热光纤安装在热管上，从而确保该0. 5m光纤 在空间分辨率Im的范围中，能够实现通过0. 5m光纤来折算Im光纤的温升。由于热管自身 的散热特性和好，因此必须将热管以及测温光纤在靠近热管的至少部分裸露段上套设有防 风护套，才能确保传感光纤吸收到最多的热量。图6为本发明的系统的导热夹具安装状态示意图，图7为导热夹具安装在V形下 托辊处的放大示意图，如图所示，测温光纤导热夹具10可以被设置在胶带输送机机头、机 尾等滚筒以及带式输送机沿线各托辊(图6中只标出了设置在上托辊处的局部情况)，具体 位置包括机头滚筒轴承端盖、机尾滚筒端盖、拉紧滚筒端盖以及图7中所表示出的V型下 托辊内侧轴端。而设置在测温导热夹具外部的感温光纤对胶带输送机沿线空间环境温度进 行监测，重点监测回程皮带下方浮煤温度、机尾堆煤区域温度。本发明的矿用带式输送机火灾预警监测方法主要是包括以下步骤
1)将矿用带式输送机上容易发生火灾的部位设置为测温部位，在实践中，具体位置包 括机头滚筒轴承端盖、机尾滚筒端盖、拉紧滚筒端盖；V型下托辊内侧轴端。2)在每个测温部位均通过测温光纤导热夹具安装测温光纤，测温光纤导热夹具的 导热面与测温部位直接接触并将该部位的温度直接传导至测温光纤；
3)将每一路测温光纤连接至测温光纤主机，通过测温光纤主机传递温度和位置信息至 上位主机，通过上位主机实时监控每一处测温部位的温度情况以及胶带输送机沿线空间环 境温度，重点监测回程皮带下方浮煤温度、机尾堆煤区域温度。当某处测温部位的温度超过 预警阀值时，发出报警信号。
该方法将将导热夹具传导关键点温度检测以及光纤直接检测区域环境温度相结 合，以温升作为火灾预警的唯一判据，达到了对胶带输送机无盲区温度监测的效果，主要技 术途径清晰、明了、简洁，可靠性高。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
权利要求
1.矿用带式输送机火灾预警监测方法，其特征在于所述方法包括以下步骤1)将矿用带式输送机上容易发生火灾的部位设置为测温部位；2)在每个测温部位均通过测温光纤导热夹具安装测温光纤，测温光纤导热夹具的导热 面与测温部位直接接触并将该部位的温度直接传导至测温光纤；3)将每一路测温光纤连接至测温光纤主机，通过测温光纤主机传递温度和位置信息至 上位主机，通过上位主机实时监控每一处测温部位以及测温光纤经过的胶带输送机沿线空 间环境的温度情况，当某处测温部位的温度超过预警阀值时，发出控制信号。
2.矿用带式输送机火灾预警监测系统，其特征在于所述系统包括测温光纤；测温光纤主机，用于提供入射激光脉冲并采集、分析从测温光纤中传回的后向散热光， 得到测量点的温度和距离参数；测温光纤导热夹具，所述夹具用于将测温光纤固定在矿用带式输送机上的多个测温部 位，所述夹具包括一个热传导面，该热传导面与矿用带式输送机上的测温部位直接接触并 将该处温度直接传导至测温光纤；监控主机，接收从测温光纤主机发出的各个测量点的温度和距离参数并比较各处的温 度值是否超过预警阀值。
3.根据权利要求2所述的矿用带式输送机火灾预警监测系统，其特征在于所述测温 光纤导热夹具包括光纤收纳盘，所述光纤收纳盘采用导热性好的金属材料制作，所述光纤 收纳盘的中部设置有用于盘放光纤的腔室，所述光纤收纳盘的底部平面通过可拆卸的固定 装置与矿用带式输送机上的测温部位固定连接。
4.根据权利要求2或3所述的矿用带式输送机火灾预警监测系统，其特征在于所述 测温光纤导热夹具还包括保护盒体，所述保护盒体包括上盒体和下盒体，所述上盒体和下 盒体的一端铰接，另一端可相对闭合卡紧，所述光纤收纳盘设置在下盒体内部，所述下盒体 上设置有光纤入口和光纤出口，所说下盒体的底部设置有与光纤收纳盘相连接的导热件， 所述导热件用于将测温部位的温度传导至光纤收纳盘；所述固定装置设置在下盒体的底部 平面上。
5.根据权利要求4所述的矿用带式输送机火灾预警监测系统，其特征在于所述导热 件与光纤收纳盘制成一体。
6.根据权利要求5所述的矿用带式输送机火灾预警监测系统，其特征在于所述固定 装置为磁力吸盘。
7.根据权利要求1所述的矿用带式输送机火灾预警监测系统，其特征在于所述测温 光纤导热夹具包括导热件、热管和固定支撑装置，所述光纤穿设在热管内部，所述热管与导 热件紧密接触且两者通过固定支撑装置固定在测温部位附近。
8.根据权利要求7所述的矿用带式输送机火灾预警监测系统，其特征在于所述热管 以及测温光纤在靠近热管的至少部分裸露段上套设有防风护套。
9.根据权利要求1所述的矿用带式输送机火灾预警监测系统，其特征在于所述测温 光纤主机与监控主机之间通过光口和/或网口连接。
全文摘要
本发明公开了一种矿用带式输送机火灾预警监测方法及系统，该系统包括测温光纤、测温光纤主机、测温光纤导热夹具和监控主机，其中，测温光纤主机用于提供入射激光脉冲并采集、分析从测温光纤中传回的后向散热光，得到测量点的温度和距离参数；测温光纤导热夹具用于将测温光纤固定在矿用带式输送机上的多个测温部位，监控主机用于接收从测温光纤主机发出的各个测量点的温度和距离参数并比较各处的温度值是否超过报警阀值，本发明还创造性地提出了紧贴式光纤测温的理念，从而保证了光纤测温的精确性和可靠性，创造性地将导热夹具传导关键点温度检测以及光纤直接检测区域环境温度相结合，达到了对胶带输送机无盲区温度监测的效果，实现煤矿井下输送皮带火灾早期检测、预警。
文档编号G01K11/32GK102081831SQ201010583029
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者于庆, 冯潇, 张书林, 李军, 李勇, 樊荣, 王建桥, 莫志刚, 郭清华, 黄强 申请人:煤炭科学研究总院重庆研究院