程巖

（西山煤電集團(tuán)杜爾坪煤礦，太原 030053）

煤礦井下膠帶輸送機(jī)火災(zāi)傳感器位置的確定

程巖

（西山煤電集團(tuán)杜爾坪煤礦，太原 030053）

火災(zāi)傳感器作為井下帶式輸送機(jī)初期火源信息捕捉的唯一手段，及時(shí)、準(zhǔn)確的發(fā)出警示，對(duì)救災(zāi)非常有利。通過(guò)對(duì)諸多因素的分析，提出了一氧化碳傳感器安裝位置的計(jì)算公式，并給出了安裝位置的參考范圍。

火災(zāi)傳感器；安裝位置；報(bào)警限

帶式輸送機(jī)已成煤礦井下主要運(yùn)輸設(shè)備，但易出現(xiàn)主滾筒與膠帶間的打滑，造成設(shè)備本身和周?chē)禾炕蚱渌矬w溫度升高，產(chǎn)生火災(zāi)。采用一氧化碳和煙霧傳感器檢測(cè)火源初期信息顯得非常重要。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雖對(duì)傳感器安裝位置有范圍標(biāo)定，但籠統(tǒng)并缺少對(duì)現(xiàn)場(chǎng)因素如巷道斷面、風(fēng)速、報(bào)警限值、煙霧的逆流或滾退等要素考量，存在局限性。

1 傳感器捕捉火災(zāi)初期信息的條件

1.1 膠帶火災(zāi)的燃燒階段及特性

通常主滾筒打滑直接引起膠帶有焰燃燒的可能性很小，僅在滾筒離合處產(chǎn)生火星飛濺時(shí)才能引燃周?chē)紵锘蚰z帶過(guò)熱使膠帶上的煤加熱至燃點(diǎn)。當(dāng)膠帶停止運(yùn)行時(shí)，煤燃燒蔓延使膠帶燃燒。隨著膠帶燃燒表面積的增大，生成一氧化碳和煙霧。由外因明火引起的膠帶火災(zāi)分為三個(gè)發(fā)展階段，即陰燃、明火和煤與膠帶混合燃燒階段。在陰燃和明火兩個(gè)階段，火災(zāi)的發(fā)展速率與風(fēng)速呈線性關(guān)系，在混合燃燒階段呈二次函數(shù)關(guān)系。

1.2 捕捉火源信息必須具備的三個(gè)條件

1）火災(zāi)生成物一氧化碳濃度達(dá)到傳感器預(yù)設(shè)報(bào)警限。預(yù)設(shè)報(bào)警限是火源處一氧化碳飄逸至傳感器位置且能達(dá)到報(bào)警的濃度值，換言之，火源處的一氧化碳經(jīng)過(guò)一段運(yùn)移，濃度會(huì)變小。這就要求火源處生成的一氧化碳濃度高于報(bào)警限，經(jīng)過(guò)擴(kuò)散到達(dá)傳感器后的濃度等于或大于報(bào)警限，這一時(shí)期，稱(chēng)為達(dá)到報(bào)警限時(shí)間1[1-2]：

式中：1為一氧化碳報(bào)警限時(shí)間，s；A為一氧化碳報(bào)警限值；O為巷道風(fēng)速，m/s；O為巷道斷面，m2；C為火源輸送帶燃燒的一氧化碳生成系數(shù)；C為煤類(lèi)火災(zāi)熱量釋放增長(zhǎng)系數(shù)。

2）一氧化碳從發(fā)生點(diǎn)飄逸到傳感器的時(shí)間2：

3）傳感器的響應(yīng)時(shí)間。傳感器接收到一氧化碳后的敏感反應(yīng)時(shí)間為響應(yīng)時(shí)間3。通常為常數(shù)，一般為40 s。

上述三部分時(shí)間之和t即為一氧化碳從產(chǎn)生到傳感器接受信息發(fā)出報(bào)警的總時(shí)間，可表達(dá)為：

2 各參數(shù)最優(yōu)關(guān)系的建立

或表達(dá)為

由數(shù)學(xué)定理知當(dāng)各參數(shù)滿(mǎn)足式（5）、（6）時(shí)，總時(shí)間具有極小值。換言之，如果各參數(shù)能按式（5）、（6）進(jìn)行約束，就能做到從火源信息產(chǎn)生至傳感器發(fā)出警報(bào)的時(shí)間接近最短[4]。

3 傳感器距皮帶機(jī)頭的最小和最大距離

初期火源產(chǎn)生的一氧化碳和煙霧在上游新鮮風(fēng)流的沖擊下，不會(huì)立即涌向火源上方，而是分兩部分運(yùn)移，一部分逆向巷道風(fēng)流緩慢上升離開(kāi)火源和傳感器，在其運(yùn)行一段距離后發(fā)生滾退，與進(jìn)風(fēng)流相會(huì)再折向火源和傳感器。另一部分其前峰以合成速度逐漸抬高飄逸至下風(fēng)側(cè)的巷道頂板，若傳感器正好處于煙流上部區(qū)域就難以捕捉到一氧化碳。有研究認(rèn)為，巷道風(fēng)速在1.3 m/s時(shí)，這部分一氧化碳和煙霧飄逸到頂板的行走水平距離約為10 m，通常以此為最小安裝距離。若小于10 m，將會(huì)破壞傳感器的正常工作環(huán)境，如溫度過(guò)高或煤塵過(guò)大，都會(huì)影響傳感器的精確度。不難想象，這一距離至少與巷道風(fēng)速成正相關(guān)關(guān)系。最大安裝距離可按式（6）計(jì)算。

現(xiàn)以巷道斷面為12 m2、輸送帶燃燒一氧化碳生成系數(shù)為5.3x10-6為例，根據(jù)式（6）討論風(fēng)速、報(bào)警限與安裝距離的關(guān)系，計(jì)算如下：

1）報(bào)警限取24x10-6（表中安裝距離小數(shù)點(diǎn)后4舍5入）。從表1看出，當(dāng)報(bào)警限取24x10-6時(shí)，要保證安裝距離在10 m，巷道風(fēng)速應(yīng)在1.3 m/s。

2）報(bào)警限取18x10-6。從表2看出，當(dāng)報(bào)警限降到18x10-6時(shí)，巷道風(fēng)速應(yīng)在1.5 m/s，安裝距離在10 m。

3）報(bào)警限取10x10-6。從表3看出，要使安裝距離在10 m，則巷道風(fēng)速應(yīng)大于3.5 m/s，若現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速達(dá)不到3.5 m/s，可適當(dāng)調(diào)高報(bào)警限值。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）巷道風(fēng)速和報(bào)警限值直接影響安裝距離，不宜取固定值。2）報(bào)警限值設(shè)置大則報(bào)警時(shí)限就長(zhǎng)，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情不利。應(yīng)指出，24x（0.002 4%）是礦井有害氣體最高允許濃度，通常不應(yīng)作為報(bào)警限。3）傳感器安裝距離與巷道斷面、報(bào)警限值和巷道風(fēng)速成正相關(guān)關(guān)系。依現(xiàn)場(chǎng)情況，根據(jù)表1、表2和表3適當(dāng)調(diào)整各參數(shù)。4）巷道風(fēng)速高，一氧化碳稀釋快，可適當(dāng)調(diào)低報(bào)警限值，反之亦然。但安裝距離應(yīng)始終保持在合理范圍。

［1］王志堅(jiān)，孟斌成，周心權(quán).礦山救護(hù)指戰(zhàn)員［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2007

［2］朱紅青，鄔燕云，周心權(quán).煤炭科學(xué)技術(shù)［J］.2001（S1）：42

［3］候欣然.礦井膠帶巷火災(zāi)風(fēng)流動(dòng)態(tài)模擬及避災(zāi)路線分析［D］.唐山：河北聯(lián)合大學(xué)，2011.

［4］周心權(quán)，吳兵.礦井火災(zāi)救災(zāi)理論與實(shí)踐［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1996.

Determination of Fire Sensor Position of Underground Belt Conveyor in Mines

CHENG Yan
(Fully-Mechanized Mining Team in Du'erping Mine，Xishan Coal&Electricity Group，Taiyuan 030053，China)

As the only method to capture the initial fire for belt conveyor，for rescue work，it is beneficial to issue the alarm without delay and error.By various factor analysis，the calculation formulas on mounting position of carbon monoxide sensor is proposed and the reference range of the mounting position was also given.

fire sensor;mounting position;determination

TD752.1

A

1672-5050（2015）02-0061-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.019

（編輯：樊敏）

2014-10-15

程巖（1989－），男，山西運(yùn)城人，大學(xué)本科，助理工程師，從事煤礦綜采工作。