在煤矿、金属矿等地下采矿作业中，矿用光纤电缆是实现井下通信、数据传输与安全监控的关键基础设施，承担着传输设备状态信号、人员定位信息及应急指令的重要功能。与地面环境不同，井下环境充斥着复杂的冲击风险 —— 从采矿设备的机械碰撞到顶板落石的冲击，从运输车辆的意外剐蹭到爆破作业的震动波，这些冲击若超出电缆的耐受能力，会导致光纤断裂、护套破损，进而引发通信中断，甚至影响矿山安全生产。因此，矿用光纤电缆必须具备针对性的抗冲击性能，才能在恶劣的井下环境中稳定运行。本文将深入剖析井下环境的冲击类型，明确矿用光纤电缆需具备的核心抗冲击性能，以及实现这些性能的技术手段。

一、井下环境的冲击风险：矿用光纤电缆的 “生存挑战”

要明确矿用光纤电缆需具备的抗冲击性能，首先需全面梳理井下环境中常见的冲击类型与特点。这些冲击不仅强度各异，还可能伴随磨损、挤压等复合作用，对电缆的结构完整性与传输性能构成多重威胁。

（一）机械碰撞冲击：高频且多样的直接损伤

井下采矿作业依赖大量重型设备，如掘进机、采煤机、刮板输送机等，这些设备在移动或作业过程中，易与铺设在巷道两侧、顶部或底板的光纤电缆发生碰撞。此类冲击属于 “低能量、高频次” 冲击，单次碰撞力度可能不大（通常为 50-200N），但长期反复作用会导致电缆护套磨损、内部光纤受力疲劳。例如，刮板输送机在运行时，链条可能因松动剐蹭到沿巷道侧铺设的电缆，造成电缆表面出现划痕，若未及时处理，划痕会逐渐加深，终破坏光纤保护层；而掘进机在转向时，其铲斗边缘可能直接撞击电缆，导致电缆局部受压变形，挤压内部光纤。

此外，井下人员携带的工具、运输矿车的意外剐蹭也属于机械碰撞冲击范畴。矿车在狭窄巷道内行驶时，若司机操作不当，车厢边缘可能与电缆发生侧面碰撞，冲击力度可达 300-500N，这种冲击会瞬间挤压电缆，可能导致光纤微弯甚至断裂，影响信号传输。

（二）落石与顶板冲击：高能量的突发性威胁

井下巷道顶部（顶板）的岩石可能因地质变化、采矿扰动出现松动，形成 “浮石”，若浮石坠落，会对下方铺设的光纤电缆造成 “高能量、突发性” 冲击。这类冲击的力度取决于浮石的重量与坠落高度，小型浮石（重量 1-5kg）坠落时产生的冲击力可达 1000-3000N，而大型浮石（重量超过 10kg）的冲击力可超过 5000N，足以直接砸断普通电缆的护套与光纤。

在矿山开采过程中，顶板管理不当或地质条件复杂的区域，落石冲击风险更高。例如，在回采工作面附近的巷道，顶板受采动影响易出现裂隙，浮石坠落概率增加，若光纤电缆直接暴露铺设，很可能因落石冲击导致通信中断，影响工作面的实时监控与人员调度。

（三）爆破震动冲击：大范围的传导性损伤

矿山开采中常用爆破作业破碎岩石，爆破产生的震动波会以声波形式在巷道围岩中传播，形成 “传导性冲击”。这类冲击虽不直接作用于电缆，但震动波会使电缆与固定点之间产生相对位移，导致电缆受到反复拉伸与挤压；同时，震动会使电缆内部的光纤出现微弯，影响光信号的传输质量，严重时会导致光纤断裂。

爆破震动冲击的影响范围较广，单次爆破可能影响数百米范围内的电缆，震动频率通常为 10-100Hz，振幅根据爆破药量与距离可达 0.1-5mm。若电缆的抗震动性能不足，长期处于爆破震动环境中，光纤的衰减系数会逐渐增大，导致信号传输距离缩短，甚至出现间歇性通信中断。

（四）挤压冲击：长期静态与动态的复合作用

井下巷道空间有限，电缆可能被挤压在设备与巷道壁之间，或因顶板下沉、巷道变形受到长期静态挤压；同时，运输车辆在行驶过程中若碾压到铺设在底板的电缆（尽管规范要求电缆避免铺设在车辆通行区域，但实际作业中仍可能出现违规情况），会造成动态挤压冲击。

静态挤压冲击的力度通常为 200-1000N，持续时间长，会导致电缆护套变形、内部光纤受力，若挤压力度超过光纤的耐受极限，会造成光纤变形，影响信号传输；动态挤压冲击（如车辆碾压）的力度可达 5000-10000N，瞬间冲击力会直接破坏电缆结构，导致护套破裂、光纤断裂，属于破坏性极强的冲击类型。

二、矿用光纤电缆需具备的核心抗冲击性能：从结构到材料的全面防护

针对井下环境的各类冲击风险，矿用光纤电缆需具备 “抗机械碰撞、抗落石冲击、抗震动疲劳、抗挤压变形” 四大核心抗冲击性能，这些性能需通过优化电缆结构、选用高强度材料实现，确保在冲击作用下，电缆护套不破损、光纤不受力、传输性能不衰减。

（一）抗机械碰撞性能：耐磨与缓冲的双重保障

抗机械碰撞性能的核心是减少高频次、低能量冲击对电缆的磨损与疲劳损伤，需从护套材料与缓冲结构两方面入手：

高强度耐磨护套：护套是电缆的 “一道防线”，需选用耐磨性强、抗撕裂的材料。目前主流矿用光纤电缆采用阻燃聚氯乙烯（PVC）或低烟无卤阻燃聚烯烃（LSZH）作为护套材料，这类材料的邵氏硬度可达 85-90A，耐磨性优于普通塑料（如聚乙烯），能有效抵抗刮板输送机链条、工具等的剐蹭，减少表面划痕。部分高端电缆还会在护套外层添加尼龙（PA）耐磨层，进一步提升耐磨性，使电缆在反复碰撞后仍能保持结构完整。

缓冲夹层设计：在护套与光纤单元之间设置缓冲夹层，可吸收碰撞产生的能量，减少冲击力向光纤传递。常见的缓冲夹层材料为聚氨酯泡沫或螺旋缠绕的芳纶纱，聚氨酯泡沫具有良好的弹性，能在碰撞时发生形变吸收能量，碰撞后恢复原状；芳纶纱（如凯夫拉纤维）则具有高强度、高韧性的特点，不仅能缓冲冲击，还能增强电缆的抗拉伸性能，避免碰撞导致电缆拉伸变形。

根据《煤矿用阻燃通信电缆》（MT/T 818）标准要求，矿用光纤电缆需通过 “耐磨损试验”—— 将电缆固定在耐磨试验机上，用直径 5mm 的钢棒以 50N 的压力反复摩擦电缆表面 1000 次，试验后电缆护套无破损，光纤传输衰减无明显变化（衰减变化量≤0.1dB/km），这是抗机械碰撞性能的基本指标。

（二）抗落石冲击性能：刚性支撑与能量吸收的结合

抗落石冲击性能针对高能量、突发性冲击，需通过 “刚性骨架 + 柔性缓冲” 的复合结构，实现冲击力的快速分散与吸收，避免光纤直接受力：

金属铠装层：在电缆内部添加钢带或钢丝铠装层，是提升抗落石冲击性能的关键。钢带铠装（如双层镀锌钢带）具有较高的刚性，能在落石冲击时抵抗局部变形，分散冲击力；钢丝铠装（如多股镀锌钢丝）则兼具刚性与韧性，不仅能承受落石的冲击力，还能防止电缆被尖锐岩石划伤。例如，采用 Φ2.0mm 镀锌钢丝编织的铠装层，可承受 3000N 以上的冲击力度，落石撞击后铠装层仅发生轻微变形，不会破坏内部光纤单元。

光纤单元缓冲结构：光纤单元（由多根光纤与保护层组成）需独立设置缓冲结构，避免冲击力直接传递到光纤。常见的设计是将光纤单元置于弹性套管内，套管内填充凡士林或聚丙烯网状纤维，凡士林具有良好的黏性与缓冲性，能固定光纤位置，同时吸收冲击能量；聚丙烯网状纤维则能形成立体缓冲空间，减少光纤在冲击时的微弯。部分电缆还会采用 “松套光纤” 设计 —— 光纤在套管内可自由移动，冲击时光纤不会因套管变形而受力，进一步提升抗冲击能力。

根据行业测试标准，矿用光纤电缆需通过 “落锤冲击试验”：用重量 5kg 的钢锤从 1m 高度自由落下，冲击电缆样品，试验后电缆护套无破裂，光纤无断裂，传输衰减变化量≤0.2dB/km，确保在小型落石冲击下仍能正常工作。

（三）抗震动疲劳性能：稳定性与柔韧性的平衡

抗震动疲劳性能需应对爆破震动等传导性冲击，避免长期震动导致光纤微弯、接头松动，核心是提升电缆的结构稳定性与光纤的柔韧性：

加强芯与固定结构：在电缆中心设置高强度加强芯（如玻璃纤维增强塑料杆，FRP），加强芯的弹性模量可达 70GPa 以上，能增强电缆的整体刚性，减少震动时电缆的弯曲变形；同时，电缆的光纤单元需通过螺旋缠绕或束管绞合的方式固定在加强芯周围，避免震动时光纤单元与加强芯发生相对位移，减少光纤微弯。例如，采用 “中心束管式” 结构的矿用光纤电缆，将多根光纤集成在一个束管内，束管以一定节距螺旋缠绕在加强芯上，震动时束管随加强芯同步运动，光纤受力均匀，不易出现微弯。

低损耗柔性光纤：选用柔韧性好、抗微弯性能强的光纤，是提升抗震动疲劳性能的基础。目前矿用光纤电缆多采用 G.657.A1/A2 类弯曲不敏感光纤，这类光纤在弯曲半径为 10mm 时，附加衰减仅为 0.1dB / 圈（普通 G.652.D 光纤为 0.5dB / 圈），能有效减少震动导致的微弯衰减。同时，光纤的涂覆层需选用耐疲劳的材料（如丙烯酸酯），涂覆层厚度控制在 250μm 以上，增强光纤的抗磨损与抗拉伸能力，避免震动时涂覆层脱落导致光纤损伤。

在实际应用中，矿用光纤电缆需通过 “震动试验” 验证抗震动疲劳性能：将电缆固定在震动试验台上，在 10-100Hz 频率范围内，以 5mm 振幅震动 24 小时，试验后电缆的传输衰减变化量≤0.1dB/km，确保在长期爆破震动环境中仍能稳定传输信号。

（四）抗挤压变形性能：抗压与抗形变的双重能力

抗挤压变形性能需应对静态挤压与动态挤压冲击，核心是提升电缆的抗压强度，避免挤压导致护套破裂、光纤变形：

高强度铠装与护套复合结构：对于可能承受车辆碾压等动态挤压冲击的电缆，需采用 “钢带铠装 + 加厚护套” 的复合结构。钢带铠装层可承受大部分挤压力，避免电缆内部结构变形；加厚护套（厚度≥3mm）则能进一步缓冲挤压力，同时防止铠装层在挤压时划伤光纤单元。例如，用于井下底板铺设的矿用光纤电缆，护套厚度可达 4mm，配合双层钢带铠装，能承受 10000N 的静态挤压力（持续 1 小时），护套无破裂，光纤传输正常。

光纤单元抗压设计：光纤单元内部需设置抗压元件，避免挤压力传递到光纤。常见的设计是在束管内填充高强度纤维（如芳纶纤维），芳纶纤维呈网状分布，能在挤压时形成支撑结构，减少束管变形；同时，束管材料选用高强度聚酰胺（PA），聚酰胺的抗压强度是普通聚乙烯的 2-3 倍，能有效抵抗挤压力，保护内部光纤。

根据《煤矿安全规程》要求，矿用光纤电缆需通过 “抗压试验”：将电缆置于两块钢板之间，施加 5000N 的压力（持续 5 分钟），试验后电缆护套无破裂，光纤无断裂，传输衰减无明显变化，确保在静态挤压或轻微动态挤压下仍能正常工作。

三、矿用光纤电缆抗冲击性能的检测与选型建议：确保适配井下实际需求

矿用光纤电缆的抗冲击性能需通过严格的实验室检测与现场验证，同时在选型时需结合井下具体环境的冲击风险，选择合适结构的电缆，才能真正发挥抗冲击作用。

（一）抗冲击性能的核心检测项目

为确保矿用光纤电缆的抗冲击性能符合要求，需通过以下关键检测项目，这些项目均依据国家或行业标准制定，具有权威性与实用性：

耐冲击性能试验（依据 MT/T 818）：用重量 1kg 的钢球从 1m 高度自由落下，冲击电缆样品的不同部位，每个部位冲击 3 次，试验后检查电缆护套是否破裂、光纤是否断裂，同时测试传输衰减变化，要求衰减变化量≤0.2dB/km。

耐挤压性能试验（依据 GB/T 13849.1）：将电缆置于抗压试验机上，施加规定压力（如 5000N），持续 5 分钟，试验后电缆护套无破裂，光纤传输性能正常。

耐震动性能试验（依据 IEC 60068-2-6）：将电缆固定在震动台上，在 10-500Hz 频率范围内，以规定振幅（如 1mm）震动 10 小时，试验后光纤传输衰减变化量≤0.1dB/km。

耐磨性能试验（依据 MT/T 818）：用直径 5mm 的钢棒以 50N 压力摩擦电缆表面 1000 次，试验后电缆护套磨损量≤0.5mm，无露铠或露光纤现象。

只有通过上述全部检测项目的电缆，才能被认定为具备合格的抗冲击性能，允许在井下环境使用。

（二）基于井下环境的选型建议

在实际选型时，需根据井下不同区域的冲击风险等级，选择对应抗冲击性能的电缆，避免 “过度选型” 或 “选型不足”：

高冲击风险区域（如回采工作面、掘进工作面）：这些区域存在落石、设备碰撞、爆破震动等多重冲击风险，需选择 “钢丝铠装 + 加厚 LSZH 护套 + 弯曲不敏感光纤” 的电缆，如 MGTSV 型矿用阻燃光缆，该类型电缆具有优异的抗落石冲击与抗震动性能，能适应工作面的恶劣环境。

中冲击风险区域（如井下运输大巷、机电硐室）：这些区域主要面临设备碰撞与车辆剐蹭风险，可选择 “钢带铠装 + PVC 护套” 的电缆，如 MGTS 型矿用阻燃光缆，该类型电缆具备良好的抗机械碰撞与抗挤压性能，成本低于钢丝铠装电缆，性价比更高。

低冲击风险区域（如井下中央变电所、通风机房）：这些区域环境相对稳定，冲击风险低，可选择 “无铠装 + LSZH 护套” 的电缆，如 MGVTS 型矿用阻燃光缆，该类型电缆重量轻、柔韧性好，便于安装，同时具备基础的抗碰撞性能，能满足低冲击环境需求。

此外，选型时还需关注电缆的阻燃性能、抗腐蚀性能（如耐潮湿、耐化学腐蚀），确保电缆在具备抗冲击性能的同时，符合井下安全要求，避免引发火灾或腐蚀损坏。

四、结语

矿用光纤电缆的抗冲击性能是其在井下环境中稳定运行的核心保障，直接关系到矿山通信的可靠性与安全生产。面对井下机械碰撞、落石冲击、爆破震动、挤压变形等多重冲击风险，电缆需通过优化结构（如铠装层、缓冲夹层）、选用高强度材料（如耐磨护套、柔性光纤），实现抗机械碰撞、抗落石冲击、抗震动疲劳、抗挤压变形四大核心性能。在实际应用中，需通过严格的检测验证电缆性能，并结合井下不同区域的冲击风险等级科学选型，才能确保矿用光纤电缆真正适配井下环境，为矿山的高效、安全开采提供稳定的通信支撑。随着矿山智能化发展，对矿用光纤电缆的抗冲击性能要求将进一步提高，未来需通过材料创新（如新型耐磨复合材料）、结构优化（如一体化缓冲铠装），持续提升电缆的抗冲击能力，满足更复杂的井下应用场景需求。