帶式輸送機火災(zāi)預(yù)警及自動滅火系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

李京澤

（山西國辰建設(shè)工程勘察設(shè)計有限公司，山西 陽泉 045000）

0 引 言

煤礦帶式輸送機是煤礦井下生產(chǎn)的常用設(shè)備。但在運輸皮帶正常運行過程中，若因皮帶受卡，或皮帶機滾筒、托輥因機械原因不轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)速較慢時，皮帶與滾筒、托輥可能產(chǎn)生摩擦起火；輸送帶與托輥之間若出現(xiàn)打滑，也可能產(chǎn)生摩擦升溫，如不能及時發(fā)現(xiàn)，溫度升至輸送帶點燃溫度將會導(dǎo)致皮帶機冒煙起火；另外，皮帶機驅(qū)動部分在長時間運行過程中，電機和主滾筒之間的液壓聯(lián)軸節(jié)的過熱保護不良等情況也可能導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生。帶式輸送機一旦起火，產(chǎn)生的煙霧、一氧化碳等有害氣體隨進風(fēng)流進入井下作業(yè)地點，威脅人員的生命安全。

山西省《全省煤礦智能化建設(shè)基本要求及評定方法》 《智能化示范煤礦驗收管理辦法》 《煤礦防滅火細則》均對帶式輸送機自動滅火系統(tǒng)提出了建設(shè)要求。

華陽一礦北翼第一部帶式輸送機運煤路線較長，為了保證生產(chǎn)安全，設(shè)計研究了一套火災(zāi)預(yù)警及自動滅火系統(tǒng)，并根據(jù)該條帶式輸送機的具體情況，對于不同區(qū)域進行針對性處理。

1 概 況

華陽一礦井下主運輸系統(tǒng)由北翼主運輸系統(tǒng)及西大巷主運輸系統(tǒng)組成，主運輸設(shè)備具備運量、帶速、溫度、跑偏、撕裂等智能監(jiān)測、預(yù)警與保護功能。其中北翼主運輸系統(tǒng)情況如下。

（1） 回采工作面—十二/十三/十四采區(qū)帶式輸送機—采區(qū)煤倉（給煤機） —第五部帶式輸送機—煤倉（給煤機） —第四部帶式輸送機—第三部帶式輸送機—第二部帶式輸送機—第一部帶式輸送機—北翼煤倉（給煤機） —1 號主斜井強力帶式輸送機—地面工業(yè)場地。

（2） 回采工作面—十二/十三/十四采區(qū)帶式輸送機—采區(qū)煤倉（給煤機） —第五部帶式輸送機—煤倉（給煤機） —第四部帶式輸送機—第三部帶式輸送機—第二部帶式輸送機—第一部帶式輸送機—配倉帶式輸送機—北翼新煤倉（給煤機） —2號主斜井強力帶式輸送機—地面工業(yè)場地。

北翼第一部帶式輸送機作為北翼頭部皮帶，在北翼主運輸系統(tǒng)中起到關(guān)鍵作用。

北翼第一部帶式輸送機技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 部分技術(shù)性能參數(shù)Table 1 Technical performance parameters

2 火災(zāi)預(yù)警及自動滅火系統(tǒng)

根據(jù)北翼第一部帶式輸送機巷道和設(shè)備具體情況，設(shè)計的火災(zāi)預(yù)警及自動滅火系統(tǒng)主要由消防工作站、工業(yè)環(huán)網(wǎng)（直接利用華陽一礦自有網(wǎng)絡(luò)）、光纖測溫預(yù)警系統(tǒng)、皮帶機頭自動滅火系統(tǒng)、皮帶巷沿線自動滅火系統(tǒng)等組成，如圖1 所示。

圖1 北翼第一部帶式輸送機火災(zāi)預(yù)警及自動滅火系統(tǒng)Fig.1 Fire warning and automatic fire extinguishing system of the first belt conveyor in the north wing

2.1 消防工作站

根據(jù)華陽一礦實際情況，消防工作站設(shè)置在調(diào)度中心，在工作站內(nèi)可通過消防系統(tǒng)管理軟件對所有設(shè)備進行遠程監(jiān)控。結(jié)合礦方情況，該礦現(xiàn)有的工業(yè)環(huán)網(wǎng)可以設(shè)置消防專用的VLAN，并且網(wǎng)絡(luò)帶寬也滿足系統(tǒng)設(shè)計要求，因此綜合考慮經(jīng)濟效益問題，此次設(shè)計調(diào)度中心消防工作站直接利用該礦現(xiàn)有的工業(yè)環(huán)網(wǎng)進行井下設(shè)備通訊，不再設(shè)置專用的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

2.2 光纖測溫預(yù)警系統(tǒng)

光纖測溫預(yù)警系統(tǒng)選用KJ845-Z 礦用隔爆型光纖測溫主機，在運輸皮帶沿線布置感溫光纜，監(jiān)測輸送皮帶滾筒、托輥、電機和巷道環(huán)境溫度。根據(jù)光纜探測到的溫度及溫度的變化對整個巷道內(nèi)的火災(zāi)情況進行分析和處理，實現(xiàn)火情的預(yù)測及預(yù)警。

此次選用的KJ845-Z 型光纖測溫主機處理器采用分布式溫度系統(tǒng)，集光、機、電、計算機、光纖光纜和弱信號檢測等技術(shù)為一體，在溫度在線監(jiān)測報警和滲漏監(jiān)測等方面廣泛應(yīng)用。該主機可以連續(xù)測量、準(zhǔn)確定位整條傳感光纖或光纜所在空間的溫度，適合對長度較長的帶式輸送機進行監(jiān)測，而且光纖具有不帶電、抗射頻和電磁干擾、防燃、防爆、抗腐蝕、耐高溫和使用壽命長、能在有害環(huán)境中安全運行等優(yōu)點，可以適應(yīng)煤礦井下惡劣的工作環(huán)境，滿足設(shè)計要求。

2.3 機頭自動滅火系統(tǒng)

皮帶機頭、機尾處為消防重點防范區(qū)域。根據(jù)北翼第一部帶式輸送機巷道情況和帶式輸送機型號，皮帶機頭滅火系統(tǒng)采用超細干粉滅火方式，由ZFM30/40-Z 礦用區(qū)域自動滅火裝置主機、KDW660/12B 礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源、CXH4 礦用本質(zhì)安全型操作箱、GQQ5 礦用本安型煙霧傳感器、GHH5 礦用本安型滅火裝置用火焰?zhèn)鞲衅鳌?KXB12 礦用本安型聲光報警器、ZFM30/40-CD 礦用本安型出口指示燈、ZFM30/40-FD 礦用本安型噴灑指示燈、FZX-ATC18/1.5-BS 懸掛式超細干粉滅火器等設(shè)備組成，如圖2 所示。

圖2 機頭部分滅火設(shè)備示意Fig.2 Head part fire extinguishing equipment schematic

根據(jù)相關(guān)規(guī)范和礦方要求，設(shè)計的系統(tǒng)在接收到第一次異常信號時（包括防護區(qū)域內(nèi)設(shè)置的煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骷肮饫w測溫主機的超溫信號），啟動設(shè)置在機頭、機尾處的火災(zāi)聲光報警器，并點亮疏散指示燈，報警器發(fā)出語音，疏散現(xiàn)場人員，開始60 s 倒計時。系統(tǒng)接收第一次異常信號后的30 s 內(nèi)，若未接收到第二個異常信號（包括同一防護區(qū)域內(nèi)的其他煙霧探測器、火焰探測器及光纖測溫主機相鄰測點超溫信號），則取消火災(zāi)警報；若接收到第二個信號，則系統(tǒng)確認(rèn)火情真實存在，繼續(xù)之前的60 s 倒計時，在倒計時結(jié)束后啟動自動滅火裝置，并點亮該防護區(qū)外的噴灑指示燈。

2.4 巷道沿線自動滅火系統(tǒng)

根據(jù)北翼第一部帶式輸送機巷道情況和帶式輸送機型號，運輸皮帶沿線自動滅火系統(tǒng)采用噴淋滅火方式，由CXH4 礦用本質(zhì)安全型操作箱、GQQ5礦用本安型煙霧傳感器、DFB15/4 礦用隔爆型電磁閥、GTH1000 礦用一氧化碳傳感器和消防管道等組成，如圖3 所示。

圖3 巷道沿線部分滅火設(shè)備示意Fig.3 Some fire extinguishing equipment along the roadway

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，巷道沿線每100 m 為1 個防火分區(qū)，采用消防水管噴淋的方式滅火。每個防火分區(qū)布置1 臺礦用本安型操作箱做為控制設(shè)備，使用煙霧傳感器結(jié)合光纖測溫系統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)進行火災(zāi)探測?；鹎樘綔y與警報流程與機頭自動滅火系統(tǒng)大致相同，不再贅述。除自動滅火外，每個分區(qū)操作箱亦可對該分區(qū)進行人工手動操作灑水噴淋滅火或降塵。

2.5 軟件管理

裝置內(nèi)的PLC 對所有異常狀態(tài)進行記錄并實時上傳至監(jiān)控主機，主機系統(tǒng)配套的監(jiān)控管理軟件，可以在調(diào)度室遠程管理各防火區(qū)的消防設(shè)備，隨時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)。人機界面采用圖形和動畫結(jié)合的方式進行展示，可以直觀看到所有設(shè)備的運行狀態(tài)并和現(xiàn)場情況同步變化，如圖4 所示。發(fā)生火情時，遠程工作站上第一時間就能看到報警信息，并進行記錄以供后期追溯。該軟件可以與華陽一礦現(xiàn)有的煤礦智能化管理平臺對接，便于礦方對自動滅火系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度和管理。

圖4 火災(zāi)預(yù)警及自動滅火系統(tǒng)軟件界面Fig.4 Fire warning and automatic fire extinguishing system software interface

3 現(xiàn)場施工應(yīng)用

按照設(shè)計方案滅火要求，在皮帶機頭電機部位布置火焰?zhèn)鞲衅?，整部皮帶全段鋪設(shè)測溫光纖，布置煙霧傳感器，機尾安裝一氧化碳傳感器進行火情探測，使用干粉滅火器和噴淋管路進行滅火處理。

（1） 光纖測溫主機布置在皮帶機頭合適位置。測溫光纜沿井筒從皮帶機頭到達皮帶機尾，分別監(jiān)測相應(yīng)區(qū)域的輸送皮帶溫度。探測光纜沿皮帶機承載托輥兩端進行鋪設(shè)，使系統(tǒng)可以精確定位到單組托輥位置，從而對承載托輥軸承溫度進行實時監(jiān)測。

（2） 在機頭驅(qū)動電機位置及上方安裝火焰?zhèn)鞲衅?，在皮帶沿線上方頂部正中上方按照設(shè)計分區(qū)安裝煙霧傳感器，均勻分布，在皮帶機尾安裝一氧化碳傳感器。

（3） 在機頭驅(qū)動部位上方接干粉滅火器，皮帶沿線上方接噴淋裝置，并與滅火裝置主機連接，進行滅火防護。

（4） 壓力傳感器安裝于滅火器或噴淋裝置供水管路前端，用于監(jiān)測滅火器或噴淋管路壓力，以確保在火情發(fā)生時能夠正常滅火。

（5） 聲光報警器安裝于機頭墻面1.8 m 高度，發(fā)生火情時發(fā)出消防報警聲。

（6） 操作箱沿井筒方向按分區(qū)進行布置安設(shè)，靠墻面一側(cè)約1.5 m 高度。

（7） 出口指示燈安裝于井筒出口方向合適位置。

（8） 放氣（噴灑） 指示燈安裝于井筒入口方向合適位置。

（9） 裝置主機安裝于皮帶機頭位置墻面合適位置，距地面合適高度。

（10） 隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源安裝于裝置主機附近地面，AC660V/380V/220V/127V 交流電壓均可為裝置提供輸入電壓。

（11） 工控機安裝于調(diào)度室對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控。

4 結(jié) 語

設(shè)計的帶式輸送機火災(zāi)預(yù)警及自動滅火系統(tǒng)在華陽一礦北翼第一部帶式輸送機安裝調(diào)試后，進行了為期6 個月的試運行。在試運行階段，系統(tǒng)與華陽一礦現(xiàn)有工業(yè)環(huán)網(wǎng)和智能化管理平臺兼容性良好，未出現(xiàn)嚴(yán)重的斷網(wǎng)或系統(tǒng)異常，可以實時有效監(jiān)控帶式輸送機各機構(gòu)的情況；在多次模擬設(shè)備溫度異常升高、皮帶沿線有煙霧等事故時，系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確識別事故情況并報警，可以按照預(yù)設(shè)的程序啟動自動滅火裝置，應(yīng)用效果良好。