帶式輸送機火災預警及自動滅火系統的設計及應用

李京澤

（山西國辰建設工程勘察設計有限公司，山西 陽泉 045000）

0 引 言

煤礦帶式輸送機是煤礦井下生產的常用設備。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動或轉速較慢時，皮帶與滾筒、托輥可能產生摩擦起火；輸送帶與托輥之間若出現打滑，也可能產生摩擦升溫，如不能及時發現，溫度升至輸送帶點燃溫度將會導致皮帶機冒煙起火；另外，皮帶機驅動部分在長時間運行過程中，電機和主滾筒之間的液壓聯軸節的過熱保護不良等情況也可能導致火災事故的發生。帶式輸送機一旦起火，產生的煙霧、一氧化碳等有害氣體隨進風流進入井下作業地點，威脅人員的生命安全。

山西省《全省煤礦智能化建設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提出了建設要求。

華陽一礦北翼第一部帶式輸送機運煤路線較長，為了保證生產安全，設計研究了一套火災預警及自動滅火系統，并根據該條帶式輸送機的具體情況，對于不同區域進行針對性處理。

1 概 況

華陽一礦井下主運輸系統由北翼主運輸系統及西大巷主運輸系統組成，主運輸設備具備運量、帶速、溫度、跑偏、撕裂等智能監測、預警與保護功能。其中北翼主運輸系統情況如下。

（1） 回采工作面—十二/十三/十四采區帶式輸送機—采區煤倉（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—地面工業場地。

（2） 回采工作面—十二/十三/十四采區帶式輸送機—采區煤倉（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，在北翼主運輸系統中起到關鍵作用。

北翼第一部帶式輸送機技術參數見表1。

表1 部分技術性能參數Table 1 Technical performance parameters

2 火災預警及自動滅火系統

根據北翼第一部帶式輸送機巷道和設備具體情況，設計的火災預警及自動滅火系統主要由消防工作站、工業環網（直接利用華陽一礦自有網絡）、光纖測溫預警系統、皮帶機頭自動滅火系統、皮帶巷沿線自動滅火系統等組成，如圖1 所示。

圖1 北翼第一部帶式輸送機火災預警及自動滅火系統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

根據華陽一礦實際情況，消防工作站設置在調度中心，在工作站內可通過消防系統管理軟件對所有設備進行遠程監控。結合礦方情況，該礦現有的工業環網可以設置消防專用的VLAN，并且網絡帶寬也滿足系統設計要求，因此綜合考慮經濟效益問題，此次設計調度中心消防工作站直接利用該礦現有的工業環網進行井下設備通訊，不再設置專用的工業網絡。

2.2 光纖測溫預警系統

光纖測溫預警系統選用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，監測輸送皮帶滾筒、托輥、電機和巷道環境溫度。根據光纜探測到的溫度及溫度的變化對整個巷道內的火災情況進行分析和處理，實現火情的預測及預警。

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，集光、機、電、計算機、光纖光纜和弱信號檢測等技術為一體，在溫度在線監測報警和滲漏監測等方面廣泛應用。該主機可以連續測量、準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、能在有害環境中安全運行等優點，可以適應煤礦井下惡劣的工作環境，滿足設計要求。

2.3 機頭自動滅火系統

皮帶機頭、機尾處為消防重點防范區域。根據北翼第一部帶式輸送機巷道情況和帶式輸送機型號，皮帶機頭滅火系統采用超細干粉滅火方式，由ZFM30/40-Z 礦用區域自動滅火裝置主機、KDW660/12B 礦用隔爆兼本安型直流穩壓電源、CXH4 礦用本質安全型操作箱、GQQ5 礦用本安型煙霧傳感器、GHH5 礦用本安型滅火裝置用火焰傳感器、 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備組成，如圖2 所示。

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

根據相關規范和礦方要求，設計的系統在接收到第一次異常信號時（包括防護區域內設置的煙霧傳感器、火焰傳感器及光纖測溫主機的超溫信號），啟動設置在機頭、機尾處的火災聲光報警器，并點亮疏散指示燈，報警器發出語音，疏散現場人員，開始60 s 倒計時。系統接收第一次異常信號后的30 s 內，若未接收到第二個異常信號（包括同一防護區域內的其他煙霧探測器、火焰探測器及光纖測溫主機相鄰測點超溫信號），則取消火災警報；若接收到第二個信號，則系統確認火情真實存在，繼續之前的60 s 倒計時，在倒計時結束后啟動自動滅火裝置，并點亮該防護區外的噴灑指示燈。

2.4 巷道沿線自動滅火系統

根據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采用噴淋滅火方式，由CXH4 礦用本質安全型操作箱、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備示意Fig.3 Some fire extinguishing equipment along the roadway

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

2.5 軟件管理

裝置內的PLC 對所有異常狀態進行記錄并實時上傳至監控主機，主機系統配套的監控管理軟件，可以在調度室遠程管理各防火區的消防設備，隨時監控設備運行狀態。人機界面采用圖形和動畫結合的方式進行展示，可以直觀看到所有設備的運行狀態并和現場情況同步變化，如圖4 所示。發生火情時，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有的煤礦智能化管理平臺對接，便于礦方對自動滅火系統的統一調度和管理。

圖4 火災預警及自動滅火系統軟件界面Fig.4 Fire warning and automatic fire extinguishing system software interface

3 現場施工應用

按照設計方案滅火要求，在皮帶機頭電機部位布置火焰傳感器，整部皮帶全段鋪設測溫光纖，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，分別監測相應區域的輸送皮帶溫度。探測光纜沿皮帶機承載托輥兩端進行鋪設，使系統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測。

（2） 在機頭驅動電機位置及上方安裝火焰傳感器，在皮帶沿線上方頂部正中上方按照設計分區安裝煙霧傳感器，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，用于監測滅火器或噴淋管路壓力，以確保在火情發生時能夠正常滅火。

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

（6） 操作箱沿井筒方向按分區進行布置安設，靠墻面一側約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） 工控機安裝于調度室對系統進行實時監控。

4 結 語

設計的帶式輸送機火災預警及自動滅火系統在華陽一礦北翼第一部帶式輸送機安裝調試后，進行了為期6 個月的試運行。在試運行階段，系統與華陽一礦現有工業環網和智能化管理平臺兼容性良好，未出現嚴重的斷網或系統異常，可以實時有效監控帶式輸送機各機構的情況；在多次模擬設備溫度異常升高、皮帶沿線有煙霧等事故時，系統可以快速準確識別事故情況并報警，可以按照預設的程序啟動自動滅火裝置，應用效果良好。