Технические характеристики комплекса ОПК

Волоконно-оптический кабель по своей физической сущности электрически пассивен, вследствие чего он невосприимчив по отношению к электромагнитным помехам и полям любой напряженности. Кроме того, он негорюч, взрывобезопасен и стоек к коррозии. Термокабель получил промышленное название "Комплекс раннего обнаружения пожаров на ленточных конвейерах (комплекс ОПК)".
В состав комплекса входят:
- волоконно-оптический термокабель ВОТК-1000, который состоит из 4-х жильного волоконно-оптического бронированного кабеля и кабельной коробки, содержащей вмонтированный в кабель ответвитель с двумя оптическими разъемами;
- блок контроля БК1;
- блок питания БП127/12-1,4 (с буферной батареей аккумуляторов по отдельному заказу).

Блок контроля монтируется у приводной станции конвейера в месте удобном для обзора его дежурным и обслуживающим персоналом.Там же монтируется блок питания.
Световод прокладывается по нижней полке верхнего прогона линейной секции конвейера с узкой стороны сечения выработки. В случаях, если термокабель используется на конвейерном штреке лавы, то по мере подвигания очистной линии и соответствующего укорачивания ленточного конвейера высвобождающаяся часть ВОТК сворачивается в бухту диаметром 60см и подвешивается на стойке крепи в районе натяжной станции.

По сигналам от термокабеля дальнейшая обработка информации и представление результатов измерения температуры производится с помощью блока контроля БК1. Выделение требуемой спектральной области осуществляется интерференционным фильтром. Отфильтрованное излучение поступает на фотоприемник, которым служит кремниевый лавинный фотодиод. Разделение каналов по дальности осуществляется с учетом временной задержки относительно излученного лазерного импульса. Сигнал с фотодиода после усиления оцифровывается быстродействующим аналого-цифровым преобразователем и вносится в буферную память. Информация из буферной памяти по параллельному порту поступает в память процессора, где происходит ее осреднение по значительному числу циклов и формируется сигнал “номер участка измерения - температура".

Наличие этой первичной информации позволяет получать следующую производную информацию:
-диаграмму температур воздушной среды на каждом участке измерения на протяжениии всей контролируемой выработки (см. рисунок);
-номер участка с максимальной температурой;
-градиент нарастания температуры на участке с максимальной температурой (градусов в минуту);
-предупредительный сигнал "ВНИМАНИЕ"; при достижении уровня предупредительной уставки температуры или градиента ее нарастания;
-сигнал "АВАРИЯ-ПОЖАР"; при достижении уровня температуры, соответствующего аварийной уставке.

Измерение температуры воздушной среды в конвейерной выработке с помощью комплекса ОПК в широком диапазоне ее возможных изменений позволяет задать уровень предупредительной уставки, соответствующий ранней стадии начинающегося пожара, который в этом случае может быть ликвидирован малыми силами без существенного ущерба для шахты. Так предупредительная уставка соответствует фазе пожара в его ранней стадии, когда от ролика, разогретого вследствие трения до высокой температуры, загорается (тлеет) штыб. При этом регистрируется рост температуры на некоторую величину "Δ t "относительно нормы. Для конкретных условий эксплуатации термокабеля величина "Δ t " определяется стандартным тепловым расчетом [3,4,5], учитывающим тип конвейерной ленты, сечение выработки, скорость воздуха и другие параметры. Соответственно, уровень предупредительной уставки задается как " N + Δt, градусов", где N - нормальный уровень температуры воздушной среды в контролируемой конвейерной выработке. Например, для условий шахты "Инская" ("Беловоуголь") величина Δ t, определенная тепловым расчетом, составляет 10-12°C. При срабатывании предупредительной уставки на экране дисплея на рабочем месте диспетчера высвечивается сигнал " ВНИМАНИЕ " и номер опасного участка выработки. Диспетчер предупреждает сменного инженерно-технического работника участка о пожароопасной ситуации на участке.

Установка "АВАРИЯ-ПОЖАР"; соответствует начальной стадии пожара, когда горит 2-2,5 м холостой и рабочей ветвей ленты. Температура воздушной среды в зоне прокладки термокабеля на аварийном участке достигает 40°- 80° С. В этом случае на экране дисплея на рабочем месте горного диспетчера высвечивается сигнал " АВАРИЯ-ПОЖАР"; и включается звуковой сигнал. Диспетчер вводит в действие "План ликвидации аварий" по соответствующей позиции.

На рисунке приведен график значений температуры воздушной среды в конвейерной выработке, определенной термокабелем на 20-метровых участках измерения (каналах). Вследствие того, что температура воздушной среды определяется в каждом канале независимо, результаты измерения на разных каналах неодинаковы и отличаются друг от друга на величину, находящуюся в пределах погрешности измерения, чем и объясняется ступенчатость графика, представленного на рисунке. При этом обращает на себя внимание некоторое увеличение разброса измеренных значений температуры воздушной среды от начала термокабеля к его концу, что объясняется увеличением "шумов". Рост уровня "шумов" в каналах, соответствующих концу кабеля, относительно каналов, расположенных ближе к блоку контроля, объясняется увеличением оптических потерь (на уровне 6 дб/км в расчете на двойной проход излучения по кабелю). Поэтому рекомендуемая эксплуатационная длина кабеля ограничивается величиной 1000м, что обеспечивает достаточную надежность измерения.

Рис.1. Диаграмма измеренных термокабелем значений температуры воздуха окружающей среды

В течение 2001 г. комплекс ОПК проходит эксплуатационные испытания на ОАО "Шахта Инская" ("Беловоуголь") в системе противопожарной защиты конвейерных ставов в главном стволе №3 и Главном конвейерном квершлаге. За время испытаний отказов в работе комплекса не наблюдалось. Технические характеристики комплекса подтверждены эксплуатационными испытаниями на шахте. Комплекс надежно измеряет температуру воздушной среды в контролируемой выработке по всей её длине и обеспечивает передачу информационных сигналов в автоматизированную систему контроля за пожароопасностью.
График температур обновляется ежеминутно и позволяет диспетчеру непрерывно контролировать температурный режим в выработке. Результаты измерения обрабатываются компьютером по специальной программе, выявляющей опасную динамику в изменении уровней температуры и генерирующей в необходимых случаях аварийные сигналы.
Комплекс ОПК найдет применение на шахтах с конвейерным транспортом.

Список литературы:
Шувалов М.Г. Основы пожарного дела. - М.: Стройиздат, 1983.
Уилетт М.И. и др. Использование оптического волокна для измерения температуры вдоль подземных выработок// Mining Technol. -1995.- № 890
Сигнализатор пожаров в тоннелях // Technika (Suisse).- 1997. - № 1-2
Козлюк А.И. Противопожарная защита угольных шахт // Техника. - Киев, 1990
Поздняков К.И., Шабельников А.В. и др. Изменения температуры воздушной струи по длине выработки при развитии в ней пожара / Сб. Тр. ВНИИГД. - 1991. - № 10