在煤矿、金属矿等地下开采环境中,光纤电缆承担着通信、监测、控制与数据传输的核心任务,是实现矿山智能化、安全生产与高效运营的关键基础设施。然而,矿井的特殊性——空间受限、地质复杂、环境高危(瓦斯、粉尘、水害、顶板事故等)——使得光纤电缆的安装过程充满潜在风险。若未能有效避开或控制安全隐患点,不仅可能导致电缆损坏、通信中断,更可能诱发安全事故,造成人员伤亡与财产损失。本文将从矿井环境特性出发,系统梳理矿用光纤电缆安装时需重点避开的安全隐患点,并提出针对性防控措施。
一、矿井地质与空间环境类隐患:规避“先天风险”
矿井地质条件的复杂性与空间结构的特殊性,是光纤电缆安装的首要风险源。安装前需对巷道围岩稳定性、水文地质、采空区分布等进行详细勘察,避开以下隐患点:
1. 顶板破碎与冒落区
矿井顶板(巷道顶部围岩)因采矿活动易出现离层、裂隙发育甚至冒落。若电缆安装在顶板破碎带或即将垮落的区域内:
风险:顶板垮落可能直接砸断或挤压电缆,导致光纤断裂、护套破损;冒落产生的冲击波还可能震松固定支架,引发二次灾害。
规避措施:安装前通过地质雷达、钻孔窥视等手段探测顶板稳定性,标记“禁止安装区”(如采空区上方、断层破碎带);优先选择顶板完整的巷道段,距顶板距离不小于0.5m(或按设计要求),并设置可伸缩式吊挂支架,预留顶板下沉缓冲空间。
2. 采空区与积水区
采空区(已开采完毕的区域)常伴随顶板垮落、地表沉降与地下水渗透,积水区则存在淹没风险:
风险:采空区上方巷道易因岩层移动导致电缆拉伸、扭曲;积水区(如老窑水、断层水)可能浸泡电缆,破坏光纤涂覆层或引发护套溶胀(如PVC护套遇水老化加速)。
规避措施:通过矿井水文地质资料与物探(如瞬变电磁法)圈定采空区与积水区边界,电缆路径需与采空区边界保持安全距离(通常≥20m);积水区巷道需采用防水型光纤电缆(如双层护套、阻水纱填充),并抬高安装高度(距底板≥0.3m),或沿巷道侧壁高处敷设。
3. 断层与岩层错动带
断层带岩层破碎、裂隙发育,且可能伴随地下水活动:
风险:岩层错动会导致巷道变形(如底鼓、帮臌),直接拉扯电缆;裂隙渗水可能引发电缆护套霉变或内部金属加强件锈蚀。
规避措施:安装路径应尽量垂直于断层走向(减少穿越长度),若必须穿越,需缩短穿越段长度(≤5m),并采用柔性铠装电缆(如钢丝铠装)增强抗变形能力;穿越后在两侧设置“变形补偿装置”(如波纹管、弹性吊架),吸收岩层错动产生的应力。
二、环境危害类隐患:隔绝“后天侵蚀”
矿井内的瓦斯、粉尘、潮湿、腐蚀性气体等环境因素,会对光纤电缆造成慢性损伤,安装时需针对性规避:
1. 高瓦斯与易燃易爆区
瓦斯(主要成分为甲烷)是矿井主要危险源,当浓度达到5%-16%时遇明火或电火花会爆炸:
风险:安装作业中使用的电动工具(如电钻、切割机)可能产生电火花;电缆接头处理不当(如热缩时高温)可能引燃瓦斯;光纤熔接机的电源若防爆等级不足,也可能成为点火源。
规避措施:高瓦斯区域(如回风巷、采掘工作面)必须使用矿用防爆型安装设备(Ex dⅠ Mb认证),工具需配备隔爆外壳与熄火装置;电缆接头需在地面或低瓦斯区域预制,现场仅进行机械固定;熔接作业需在非瓦斯区域完成,或使用本安型熔接机(低功率、无明火)。
2. 高浓度粉尘区
采煤、掘进工作面产生的煤尘、岩尘浓度可达数百mg/m³,长期吸入危害健康,且粉尘颗粒会磨损电缆护套:
风险:粉尘颗粒(尤其是粒径<10μm的可吸入粉尘)会附着在电缆表面,渗入护套缝隙后磨损光纤涂覆层;高浓度粉尘环境还可能引发粉尘爆炸(当浓度达爆炸下限且遇火源时)。
规避措施:安装时需佩戴防尘口罩、护目镜等防护装备;电缆路径尽量避开产尘点(如采煤机、掘进机作业区),若必须经过,需缩短暴露长度并加装防尘套管(如PVC波纹管);定期对巷道进行除尘(如水幕降尘),降低作业环境粉尘浓度。
3. 潮湿与腐蚀性环境
矿井深部或水文地质复杂区域(如含水层、盐碱地层)湿度常>90%,且可能含有硫化氢(H₂S)、二氧化硫(SO₂)等腐蚀性气体:
风险:潮湿环境会加速电缆护套老化(如橡胶护套龟裂),导致水分渗入内部;腐蚀性气体会与金属加强件(如钢丝、芳纶)反应,降低电缆机械强度;光纤涂覆层(如丙烯酸酯)在潮湿+腐蚀环境下易脱落,引发光纤微弯损耗增大。
规避措施:选用防潮防腐型光纤电缆(如LSZH低烟无卤护套、聚四氟乙烯(PTFE)护套,或添加阻水粉/阻水带的纵向阻水结构);电缆固定时使用耐腐蚀挂钩(如不锈钢、工程塑料),避免金属支架直接与腐蚀性气体接触;定期检测电缆绝缘电阻(潮湿环境下应≥10MΩ·km),发现护套破损及时修补。
三、机械损伤类隐患:防范“人为与设备伤害”
安装过程中的机械操作不当或设备碰撞,是光纤电缆损坏的直接诱因,需重点规避以下场景:
1. 运输与搬运损伤
光纤电缆虽细,但抗侧压、抗冲击能力有限(尤其是紧套光纤):
风险:运输时电缆盘未固定,滚动导致缆芯扭曲;搬运时拖拽、抛掷,可能造成光纤微弯或护套划伤;使用叉车等重型设备时,货叉直接挤压电缆盘,导致缆芯局部受压变形。
规避措施:电缆盘运输时需用三角木或专用支架固定,限速行驶(≤5km/h);搬运时使用吊装带(避免钢丝绳勒伤护套),严禁拖拽;卸车时采用人工配合小型卷扬机,禁止直接用货叉接触电缆盘。
2. 敷设与固定损伤
敷设过程中张力控制不当或固定支架间距不合理,会导致光纤衰减增大甚至断裂:
风险:牵引力超过电缆允许值(如普通矿用光缆允许牵引力≤10kN),会造成缆芯拉伸、光纤伸长(光纤应变>0.2%时衰减显著增加);固定支架间距过大(>2m),电缆因自重下垂可能与巷道底板摩擦;支架尖锐边缘未做防护,可能割破护套。
规避措施:敷设前计算电缆小弯曲半径(通常为外径的20倍)与大允许张力,使用张力计监控牵引力;采用“S”形敷设或滑轮组分散张力,避免急拉急停;固定支架间距按设计要求(一般≤1.5m),支架边缘加装橡胶护垫,电缆与底板间距≥0.1m(或加装托辊)。
3. 设备安装与交叉作业损伤
矿井内常同时进行掘进、支护、设备安装等多工种作业,交叉施工易引发误碰:
风险:掘进机、装载机等设备移动时刮蹭电缆;锚杆钻机作业时钻头误击电缆;其他工种随意在电缆上悬挂工具、物料,导致局部受力过大。
规避措施:电缆路径需与大型设备作业区保持安全距离(如掘进机后方≥3m),并设置醒目的警示标识(如反光条、警示牌);交叉作业前召开协调会,明确电缆保护责任区;严禁在电缆上悬挂重物,临时跨越处需搭设防护桥架。
四、电气与作业流程类隐患:严守“规范底线”
矿用光纤电缆虽主要用于通信,但其安装涉及电气设备与井下作业流程,需遵守安全规程,规避以下隐患:
1. 电气安全与接地不良
部分矿用光纤电缆带有金属加强件或铠装层,若接地不良可能引入杂散电流:
风险:杂散电流(如电机车牵引电流)会通过金属铠装回流,引发电化学腐蚀(尤其在潮湿环境中);若电缆与高压电缆并行敷设且间距不足,高压电场可能感应出电流,损伤光纤。
规避措施:金属铠装层需单端或双端可靠接地(接地电阻≤2Ω),接地体需与巷道接地网连接;光纤电缆与高压电缆(>1140V)并行敷设时,间距应≥0.3m(交叉时≥0.1m),且避免在同一支架上分层敷设(若必须分层,高压在上、光纤在下)。
2. 作业人员资质与操作不规范
安装人员缺乏专业培训或违规操作,是人为隐患的主要来源:
风险:未持证上岗(如防爆设备操作证、高处作业证),可能误操作引发事故;未按规程进行光纤熔接(如清洁不彻底、放电强度不当),导致接头损耗过大(>0.3dB);高空作业(如巷道顶部安装)未系安全带,存在坠落风险。
规避措施:安装人员需经矿方安全培训并取得相应资质(如井下电气作业证、爆破作业除外);熔接作业需使用OTDR(光时域反射仪)监测接头损耗,不合格接头必须重新熔接;高空作业需搭建脚手架或使用升降平台,严禁“爬锚杆”等危险操作。
结语:隐患防控是“生命线工程”的基石
矿用光纤电缆安装的安全隐患点多、隐蔽性强,涉及地质、环境、机械、电气等多维度风险。其防控需贯穿“勘察-设计-安装-验收”全流程:前期通过精准勘察锁定隐患区域,设计时优化路径规避高风险点,安装时严格执行操作规程并落实防护措施,验收时通过OTDR测试、绝缘电阻检测等手段验证安全性。唯有将“隐患即事故”的理念贯穿于每一个环节,才能确保光纤电缆在矿井复杂环境中稳定运行,为矿山安全生产与智能化转型筑牢“通信生命线”。