分布式光纤测温技术在煤矿井下火灾隐患早期监测中的应用研究

更新时间：2026-09-02

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分布式光纤测温技术在煤矿井下火灾隐患早期监测中的应用研究

分布式光纤测温技术在煤矿井下火灾隐患早期监测中的应用研究

摘要

我国井工煤矿井下环境复杂，瓦斯、煤尘共存，火灾是煤矿重大灾害类型之一，煤层自然发火、皮带输送机摩擦起火、井下动力电缆过热是诱发井下火灾的三类主要诱因。井下巷道延伸距离大，粉尘湿度高，传统点式温度传感器、烟雾探测器属于离散式监测，普遍存在监测盲区；井下有源传感设备受防爆规范约束，且烟雾报警属于事后报警模式，难以实现过热隐患的早期识别。分布式光纤测温（DTS）依托拉曼散射光学传感机理，感温光缆井下无源，具备本安防爆特性，抗粉尘潮湿、抗电磁干扰，能够实现长距离连续分布式温度测量。本文阐述DTS系统测温基本工作原理，分析固定温度阈值与温升速率协同报警算法；针对皮带运输机、井下电缆桥架、采空区与煤柱自燃、机电硐室等煤矿典型场景开展应用研究；结合矿山工程案例，论述系统硬件组成、光缆敷设工艺、报警参数整定、矿山监控平台对接等工程实施关键技术。工程实践结果表明，分布式光纤测温技术能够在烟雾与明火生成之前捕捉井下局部过热异常，实现煤矿火灾隐患前置预警，有效提升煤矿灾害防控能力，对智慧矿山安全监测体系建设具备重要工程价值。

**关键词：**分布式光纤测温；DTS；煤矿井下；煤层自燃；皮带机火灾；井下电缆；本安防爆；早期预警；智慧矿山；感温光缆

1 引言

煤炭作为我国主体能源，在国民经济发展当中发挥不可替代作用。现阶段国内大量井工煤矿开采深度持续增加，井下地质条件愈发复杂，煤矿灾害防控压力持续加大。煤矿井下火灾事故一旦发生，不仅烧毁设备设施，造成矿井停产，高温烟气还会生成大量有毒有害气体，同时极易引爆井下积聚的瓦斯与煤尘，造成群死群伤的恶性安全生产事故。因此开展井下火灾隐患早期监测预警，是煤矿安全生产工作当中至关重要一环。

目前国内煤矿安全监控系统大量采用点式温度传感器、烟雾传感器。点式传感器只能获取有限离散点位温度数据，长距离巷道条件下测点稀疏，大量中间区域无法覆盖；烟雾传感器必须待可燃物燃烧产生烟雾方可触发报警，此时火情已经发展到一定阶段。井下使用的电子传感器均需要供电，设备本身要严格满足防爆要求，测点数量越多，井下电气危险源随之增加。人工巡检模式受人员、时间、空间约束，隐蔽位置过热隐患很难及时发现。国家大力推进智慧矿山建设，要求提升灾害超前感知能力，传统监测手段已经难以满足早期预警的现实需求。

分布式光纤测温DTS技术将感温光缆作为传感载体，不需要井下布置任何电子器件，依靠光信号感知沿线温度，凭借本安防爆、连续分布式测量的技术优势，逐步在煤矿井下火灾监测领域得到应用。本文围绕DTS技术原理、煤矿场景适配方案、工程实施要点开展研究，为同类矿山项目提供参考。

2 分布式光纤测温系统工作原理

分布式光纤测温基于拉曼散射效应。激光脉冲射入感温光纤内部，光信号在光纤内部产生瑞利散射、拉曼散射等散射光。拉曼散射光分为斯托克斯光与反斯托克斯光，反斯托克斯光强度对环境温度高度敏感。测温主机采集返回散射光信号，对比两种散射光光强比值，解算出光纤沿线每一处位置对应的温度数值；结合光信号的回传时间，计算温度异常对应的空间位置，实现整条光纤沿线连续分布式温度和位置同步输出。

整套系统主要由DTS测温主机、感温光缆、通讯模块、地面监控软件组成。井下部署部分只有感温光缆，无电源、无电路，实现无源本安。测温主机放置于地面机房或者井下防爆硐室，采集全部温度数据，完成解析、存储、报警判断，通过以太网、RS485对外输出数据，对接矿山监控平台。

系统具备双重报警逻辑：固定温度阈值报警，当局部温度超过设定温度值触发报警；温升速率报警，监测单位时间内温度上升幅度，针对皮带摩擦、电缆短路这类快速升温事故实现快速告警。两种报警逻辑协同工作，既适配煤层自燃缓慢蓄热，又适配机电故障快速发热工况。米级空间定位精度，可以直接给出高温点所在巷道位置。

3 煤矿井下典型应用场景分析

3.1 皮带输送机火灾监测

皮带运输机是井下物料运输核心设备。皮带长期运行会出现跑偏、托辊卡滞不转，托辊与皮带持续摩擦，局部温度急剧升高，引燃皮带、浮煤。皮带巷距离往往可达数公里。将感温光缆沿着皮带机架全长敷设，覆盖皮带上下重点区域，整条皮带全程温度连续监测。一旦出现摩擦过热，不等冒烟起火即可发出预警，定位摩擦发热具体段落，提醒现场人员及时检修，避免皮带火灾。

3.2 井下动力电缆监测

井下高压动力电缆、电缆接头、接线盒是电气火灾高发位置。过载、接头接触不良、绝缘老化，都会造成局部发热。把感温光缆紧贴电缆或者电缆桥架敷设，实现电缆全线温度监测，识别接头过热、电缆本体异常升温，防范井下电气火灾。井下机电设备多，电磁环境复杂，光纤传感不受电磁干扰，测量结果稳定可靠。

3.3 采空区及煤柱煤层自燃监测

采空区、遗留破碎煤柱，通风供氧条件下煤体发生氧化蓄热，温度缓慢上升，逐步发展为煤层自燃。这类隐患升温周期长，隐蔽性强。把感温光缆布置在采空区密闭墙、煤柱周边巷道，持续监测区域温度缓慢变化，捕捉煤体氧化蓄热早期信号，指导矿井采取注氮、注浆等防灭火措施，做到自燃隐患提前干预。

3.4 采掘工作面与机电硐室监测

采掘工作面机电设备集中，变电所硐室电气设备密集，属于井下防火重点区域。光缆布置于硐室、工作面周边，监测机电设备周边温度异常变化，作为现有安全监测系统的有效补充。

4 工程实施关键技术

4.1 光缆选型与敷设

煤矿井下选用具备抗拉、耐磨损、阻燃外护套的专用矿用感温光缆。敷设过程避免硬弯折、尖锐物体划伤光缆；皮带巷道沿机架固定，电缆桥架位置紧贴电缆布置；采空区密闭位置做好光缆防护。光缆接头做好熔接保护，降低光路损耗。

4.2 报警阈值整定

报警阈值不能直接套用固定数值，必须结合矿井井下常年环境温度进行现场整定。区分环境温度波动、设备正常发热和真正故障过热，规避误报警。设置预警、一级报警、二级火警多级阈值，同时配置温升速率参数，兼顾缓慢升温和急剧升温两类事故模式。

4.3 系统平台对接

DTS主机输出标准通讯协议，对接煤矿已有的综合监控平台、火灾报警控制器，温度曲线、报警信息上传监控中心，实现报警弹窗、声光提示，满足矿山集中监控管理需求。

4.4 运维管理

系统投入运行之后建立定期巡检制度，检查光缆外护套完好，定期核对系统测温准确性，防止光缆被采掘机械意外损伤，保障系统长期可靠工作。

5 应用存在局限性与优化方向

分布式光纤测温也存在一定局限：光缆一旦断裂，断裂点之后区段全部失去监测能力，现场施工和生产过程要做好光缆防护；对于密闭采空区内部，光缆无法伸入深部，只能监测边界温度变化，需要结合瓦斯等其他监测手段形成多参数联合研判。未来发展方向可以推动多参量复合光纤传感，实现温度、气体一体化感知，进一步提升灾害综合研判能力。

6 结论

煤矿井下火灾隐患防控核心在于早期感知。分布式光纤测温DTS技术依靠井下无源本安防爆、连续分布式无盲区测温的突出优势，可以实现皮带摩擦、电缆过热、煤层自燃等隐患的前置预警，弥补传统点式传感器、烟雾探测设备的短板。通过科学开展光缆敷设、合理整定报警阈值、完成矿山平台对接，可以充分发挥设备监测效能。该技术契合智慧矿山建设发展方向，在煤矿井下灾害监测领域具备很高推广应用价值。