一种煤矿井下可再生光纤冷接装置

张金豪，陈 敏

（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）

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。

图1 可再生井下光纤接线盒结构Fig.1 Renewable underground optical fiber junction box structure

1.1 OV 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。

图2 OV 型光纤冷接头外观图Fig.2 Appearance of OV optical fiber cold connector

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。

1.2 OV 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。