一种煤矿井下可再生光纤冷接装置_张金豪.pdf

第 51 卷第 8 期 2020 年 8 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.8 Aug. 2020 一种煤矿井下可再生光纤冷接装置 张金豪 1,2， 陈 敏 3 （1.中煤科工集团重庆研究院有限公司， 重庆 400039； 2.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室， 重庆 400037； 3.重庆市科能高级技工学校， 重庆 400033） 摘要 针对煤矿井下环境比较恶劣， 光纤焊接困难， 热熔光纤高温产生火花容易引起安全事故 等问题， 研制了一种可再生光纤冷接装置。通过装置对井下光纤实施冷连接， 从根源上杜绝火 花， 减少煤矿井下安全事故。通过装置的 OV 槽子， 冷接装置可进行多次灌注匹配液， 保证装置 的可再生性。从煤矿井下光纤冷接结构、 光纤冷接方法、 光纤冷接如何降低冷接损耗、 光纤冷接 装置如何实现再生等方面入手， 对煤矿井下可再生冷接装置进行了详细阐述。通过实验室试验 发现， 该装置具有可减少煤矿井下光纤熔接时间， 降低煤矿井下安全事故。 关键词 监控系统； 光纤传输； 可再生光纤冷接装置； OV 槽； 匹配液 中图分类号 TD676文献标志码 B文章编号 1003-496X （2020 ） 08-0147-03 A Kind of Regenerable Optical Fiber Cold Connection Device in Coal Mine ZHANG Jinhao1,2, CHEN Min3 （1.China Coal Technology 2.State Key Laboratory of Gas Disaster Monitoring and Emergency Technology, Chongqing 400037, China;3.Chongqing Keneng Tenior Technician School, Chongqing 400033, China） Abstract In view of the poor underground environment of coal mines, the difficulties in fiber welding, and the safety accidents caused by sparks generated by hot fused fiber at high temperature, a renewable fiber cold connection device was developed. Through the device, the underground optical fiber is cold-connected to eliminate sparks from the root source and reduce the underground coal mine safety accidents; through the OV slot of the device, the cold connection device is filled with the matching liquid for many times to ensure the reproducibility of the device. Starting from the structure, , how to reduce the loss and how to realize the regeneration of the fiber cold connection in underground coal mine, this paper expounds the regeneration of the fiber cold connection in detail. Through field tests, it was found that the device has the functions of reducing the fusion time of optical fibers in coal mines, reducing safety accidents in coal mines. Key words monitoring system; optical fiber transmission; optical fiber cold junction; OV slot; matching fluid 根据国办 〔2013〕 99 号 国务院办公厅关于进一 步加强煤矿安全生产工作的通知 [1]， 煤矿需要进一 步提高煤矿通信联络技术水平，提升应急通信保障 能力。目前煤矿井下通信主要采用工业以太网[2-4]， 工业以太网具有传输速率高， 性能稳定等优点。工业 以太网信息传输介质主要有 5 类网线和光纤 2 种。 煤矿井下由于环境比较恶劣，各类型设备分布散、 距离远、电信号抗干扰比较弱，因此网线通常用于 煤矿井下环境比较好，传输距离比较近的区域。光 纤传输具有传输距离远 （可达几十公里） 、 信号传输 速率高（可以达到 10 G 以上） 、光信号不受电磁干 扰等优点， 因此光纤传输在煤矿井下得到广泛应用。 目前光纤介质在煤矿井下熔接时存在以下几个 问题①要产生高温火花，煤矿井下存在易燃易爆 气体，容易产生安全事故；②井下熔接光纤接头数 DOI10.13347/ki.mkaq.2020.08.032 张金豪， 陈敏. 一种煤矿井下可再生光纤冷接装置 ［J］ .煤矿安全， 2020， 51 （8） 147-149. ZHANG Jinhao, CHEN Min. A Kind of Regenerable Optical Fiber Cold Connection Device in Coal Mine ［J］ . Safety in Coal Mines, 2020, 51 （8） 147-149. 移动扫码阅读 基金项目 国家重点研发计划资助项目 （2018YFC0808303） 147 ChaoXing 第 51 卷第 8 期 2020 年 8 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.8 Aug. 2020 图 3OV 型光纤冷接头内部结构图 Fig.3Internal structure diagram of OV type optical fiber cold connector 量受到施工者所带热熔接机备用电池限制，影响施 工进度，工作效率不高；③热熔接设备需要携带备 用电池， 很笨重， 施工人员携带不方便； ④普通光纤 冷接由于连接不方便， 光损耗大[5-7]； ⑤普通光纤冷 接头中匹配液随着时间的延长匹配液易挥发[8-9]， 光 纤对接损耗加大，影响通信；⑥普通冷接头匹配液 挥发以后就只有更换冷接头，不但要增加工作量， 还要损坏光缆长度；因此普通光纤冷接头很难在煤 矿井下使用。 而目前煤矿井下光纤冷接需要面临几个问题 ①如何使 2 根需要对接的光纤裸芯在 1 个水平面 上；②如何保证 2 根裸露的光纤芯能很好的对接到 一起；③如何保证匹配液长时间不挥发，保持永久 良好光纤导通率。目前该类问题都没有得到很好的 解决， 为此研制了一种可再生光纤冷接装置,该装置 具有可减少煤矿井下光纤熔接时间，降低煤矿井下 安全事故。 1矿用可再生光纤冷接装置 可再生煤矿井下光纤接线盒主要由井下防爆壳 体[10]、 防爆喇叭嘴、 光纤固定柱、 OV 型光纤冷排等几 部分组成。可再生井下光纤接线盒结构如图 1。OV 型光纤冷接头是该接线盒的核心部件， OV 型光纤 冷接排由多个 OV 型光纤冷接头并排组成。 1.1OV 型光纤冷接头结构 1） OV 型光纤冷接头外部结构。OV 型光纤冷接 头外观主要由 3 部分组成左右半 O 型槽和 OV 型 槽。左右半 O 型槽主要功能是固定光纤线， 同时通 过特殊设计工艺保证光纤芯能够接触良好； OV 型 槽主要功能是保证光纤芯能有效可靠对接，同时也 是光纤匹配液的储存舱体。OV 型光纤冷接头外观 图如图 2。 2） OV 型光纤冷接头内部结构。OV 型光纤冷接 头主要核心器件为 OV 型光纤冷接装置，该装置主 要由固定盖、 密封盖、 密封圈、 主体、 轴、 V 型槽、 O 型 槽、 左半 O 型槽、 OV 型槽等部分组成。 OV 型光纤冷 接头内部结构图如图 3。 1.2OV 型光纤冷接头冷接原理 OV 型光纤冷接头装置通过采用半 O 型槽 OV 槽 半 O 型槽的方式实现煤矿井下光纤芯对 接。光纤冷接流程如下螺丝刀拧开 OV 槽上盖子 （部件 8） 上的螺丝 （部件 3 ） ， 取出盖子 （部件 2） ； 拆 开左半 O 型槽盖上的螺丝， 翻开盖子 （部件 1） 打开 左半 O 形槽， 把剥好的光纤芯 （设置裸光纤芯长度 为 10 mm，带软胶皮光纤 20 mm） 放入到 OV 型槽 （部件 10 ） 内， 光芯束放在半 O 形槽内， 光纤芯通过 OV 槽上部的 V 型槽 （部件 9 ） 进入 O 型槽 （保证左 图 1可再生井下光纤接线盒结构 Fig.1Renewable underground optical fiber junction box structure 图 2OV 型光纤冷接头外观图 Fig.2Appearance of OV optical fiber cold connector 148 ChaoXing 第 51 卷第 8 期 2020 年 8 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.8 Aug. 2020 作者简介 张金豪 （1974） ， 重庆人， 副研究员， 工程硕 士， 2002 年毕业于重庆工商大学，主要从事矿井数据信息 研究。 （收稿日期 2020-05-07； 责任编辑 李力欣） 右两边光纤芯可靠对接） ， O 型槽通过特殊工艺制 作， 达到一定精度， 该精度稍微大于光纤芯体积， 使光纤和 O 型槽紧密相接。密封圈 3 （部件 6） 具有 卡位光纤芯长度的作用， 保证进入到 O 型槽的光纤 芯的顶部在 O 型槽的中心位置，可使左右 2 根光 纤芯中心点刚好对接，是减少光纤损耗的技术手 段之一。密封圈 3 （部件 6） 与密封圈 2 （部件 4 ） 配合 共同固定带软胶光纤和固定裸光纤，合上盖子（部 件 5） ， 拧紧螺丝， 保证光纤与冷接头接触紧密及固 定牢固； 同理打开左边半 O 型槽， 采用同样的方法， 固定好左半部分光纤芯，完成光纤芯定位和光纤对 接功能。 冷接方式连接光纤采用的是非熔接对接，其光 损耗肯存在，为了减少光纤对接损耗，需要给光纤 对接处添加光纤匹配液，降低光纤对接光损耗。当 完成上述左右光纤固定接对接程序以后，在 OV 型 槽中利用注射器添加光纤匹配液到 V 型槽， 匹配液 通过 V 型槽底部空隙渗透到 O 型槽中， 当匹配液完 全注满 O 型槽后， 光纤芯和光纤匹配液形成一个有 机整体， 降低光对损耗。继续向 V 型槽中加入光纤 匹配液， 直到光匹配液从 V 型槽顶部少量溢出。盖 上盖子 （部件 2） ， 用螺丝刀拧紧盖子上的 2 颗螺丝。 密封圈可以降低光纤匹配液挥发速度，延长光纤冷 接头使用时间。在 OV 槽中， 由于光纤芯始终在 OV 型槽底部，匹配液会一直填充光纤芯对接处，直到 整个 OV 型槽的匹配液都挥发） 这当然需要一个很 长的时间段） 。普通光纤冷接头中的光纤匹配液量 不到 OV 型槽的 1左右， 因此， 该冷接方式的匹配 液抗挥发时间是很强的。当 OV 型槽中的光纤匹配 液完全挥发或者大部分挥发以后，可以通过拧开盖 子 （部件 2） 继续增加光纤匹配液， 继续使用该光纤 冷接装置，而不用更换光纤冷接头，达到光纤冷接 头可再生的目的，大大的节约了光纤连接时间， 提 升了工人工作效率， 降低了维护成本。 2试验测试 在实验室随机抽取了 10 个 OV 型光纤冷接头 进行了一系列测试光纤压接可靠性试验、光纤对 接光纤损耗试验、光纤匹配液高温蒸发试验以及冷 接头可再生试验。 试验中 10 个 OV 型光纤冷接头的压接、 密封都 非常紧密，没有出现光纤松动以及光纤匹配液体泄 漏事件； 10 个 OV 型光纤冷接头中， 4 个光损耗在 0.5～1.1 dBm 之间， 6 个光损耗小于 0.5 dBm；对 10 个试验样品进行高温试验 （由于时间原因， 高温蒸发 时 V 型槽中匹配液体只注入到刚好溢出底部 O 型 槽） ， 经过 25 d 后， 光纤的损耗度略有增加。当重新 注入匹配液体后，光纤损耗恢复到最初的光纤损耗 值 （差异可以忽略不计） 。 3结语 研制了一种可再生光纤冷接装置, 对煤矿井下 可再生冷接装置进行了详细阐述。通过各类试验表 明通过该装置的 OV 型槽设计， 冷接装置可进行多 次灌注匹配液，保证装置的可再生性。矿用可再生 光纤冷接装置在煤矿井下使用，具有熔接方便快 捷、 光纤损耗小、 光纤冷接头可再生的功能； 极大降 低了煤矿安全生产事故；降低了煤矿工人施工维修 时间，提升了工作效率；产品可重复多次注入匹配 液， 达到了可再生的目的。 参考文献 ［1］ 国办 〔2013〕 99 号 国务院办公厅关于进一步加强煤 矿安全生产工作的通知 ［A］ . ［2］ 谢杰.基于工业以太网的煤矿安全监控系统研究 ［J］ . 煤矿机械， 2018 （8） 173-174. ［3］ 张应华， 王长丰， 田同体.基于工业以太网的煤矿综合 自动化系统设计 ［J］ .煤矿机械， 2013 （10） 256-258. ［4］ 马正友.基于工业以太网的矿山轨道运输监控系统研 究 ［J］ .煤矿机械， 2014 （4） 224-226. ［5］ 赵干.工程实践中的光纤损耗的研究 ［D］ .济南 山东 大学， 2010. ［6］ 马思宁.电力光纤损耗及测试方法研究 ［D］ .长春 长 春理工大学， 2014. ［7］ 孙大华， 孙贵廷.生产和使用过程中影响光纤损耗的 因素 ［J］ .光纤与电缆及其应用技术， 2004 （6） 6-9. ［8］ 王晨， 马俊， 刘德强， 等.含匹配液 （膏） 的非预置现场 组装光纤连接器性能分析 ［J］ .电信技术， 2014 （8） 97-100. ［9］ 宋晏蓉， 王养萍， 周国生.匹配液的折射率对光纤定向 耦合器分光比的影响 ［J］ .光学学报， 1991 （4） 341. ［10］ 闫晓婷.煤矿井下电气设备防爆壳体结构探讨 ［J］ .工 程技术研究， 2020， 5 （4） 133-134. 149 ChaoXing