胡成功，馬忠云，蔡力宏，趙 晶

（1.國(guó)家能源集團(tuán)神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000；2.國(guó)家能源集團(tuán)神華科技發(fā)展有限責(zé)任公司，北京 100240）

勝利一號(hào)露天煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林浩特市區(qū)偏西北方向約6 km，神華勝利發(fā)電廠位于錫林浩特市區(qū)東北方向約8 km，通過長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)直接向電廠供煤，帶式輸送機(jī)輸煤距離約為13 km，中間設(shè)置5 個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站。輸煤系統(tǒng)起點(diǎn)為勝利一號(hào)露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)的M701 帶式輸送機(jī)，終點(diǎn)為神華勝利發(fā)電廠儲(chǔ)煤倉(cāng)，倉(cāng)后接入電廠廠內(nèi)輸煤系統(tǒng)，其中M705 號(hào)帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度8 672 m。

錫林浩特冬季嚴(yán)寒，最低氣溫可達(dá)-45 ℃，露天煤礦室外長(zhǎng)距離輸煤帶式輸送機(jī)事故巡檢工作困難，出現(xiàn)火情，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)處置，易釀成火災(zāi)。尤其在冬季遇到大雪天氣，檢修人員需沿著數(shù)公里長(zhǎng)的帶式輸送機(jī)線路駕車巡檢，即使采用無(wú)人機(jī)巡檢，視覺受到影響，且不易及時(shí)趕到事故點(diǎn)，給滅火工作帶來不便[1-2]，且冬季戶外檢修人員易凍傷，給人身安全也帶來隱患。國(guó)內(nèi)對(duì)輸煤帶式輸送機(jī)的監(jiān)測(cè)僅停留在對(duì)整根帶式輸送機(jī)的卡煤、斷帶、糾偏及火災(zāi)報(bào)警的顯示，不能智能化發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱情，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火處置。

1 智能化火災(zāi)監(jiān)控自動(dòng)滅火系統(tǒng)

針對(duì)勝利一號(hào)露天煤礦M705 號(hào)帶式輸送機(jī)超長(zhǎng)距離輸送易自燃褐煤的過程中，輸煤帶式輸送機(jī)上因?yàn)楦鞣N故障堆積的褐煤局部溫度過高，可能會(huì)使煤炭或周邊的帶式輸送機(jī)發(fā)生部分內(nèi)燃[3]，造成火災(zāi)隱患而又不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)處置，最終自燃釀成火災(zāi)事故，研發(fā)出1 種自動(dòng)監(jiān)控且能自動(dòng)滅火消防的智能化系統(tǒng)至關(guān)重要。

利用分布式光纖測(cè)溫（DTS）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)機(jī)中溫度異常點(diǎn)的大范圍分布監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的預(yù)警，同時(shí)煙霧傳感器，可以準(zhǔn)確、及時(shí)對(duì)溫度異常和煙霧異常區(qū)域進(jìn)行區(qū)段定位、報(bào)警，并經(jīng)智能化計(jì)算順控聯(lián)動(dòng)停運(yùn)帶式輸送機(jī)，把帶式輸送機(jī)事故點(diǎn)停在帶式輸送機(jī)機(jī)頂部噴淋裝置處，誤差在±0.5 m，并將定位報(bào)警數(shù)據(jù)通過通訊口下發(fā)給帶式輸送機(jī)機(jī)頂部噴淋裝置，帶式輸送機(jī)機(jī)噴淋裝置根據(jù)這些定位報(bào)警數(shù)據(jù)，快速啟動(dòng)事故區(qū)域的電磁閥，持續(xù)噴灑滅火介質(zhì)，直至溫感伸縮探頭探明事故點(diǎn)位置煤堆及帶式輸送機(jī)的溫度降至正常范圍，巡檢人員將隨后趕到，查看自動(dòng)滅火效果人工干預(yù)，從而達(dá)到事故區(qū)域的及時(shí)消防滅火的目的[4]。

2 技術(shù)方案

2.1 分布式光纖測(cè)溫（DTS）技術(shù)監(jiān)測(cè)

1）技術(shù)監(jiān)測(cè)所需設(shè)備及材料。帶式輸送機(jī)機(jī)噴淋裝置主機(jī)（隔爆兼本安型PLC 控制箱），帶式輸送機(jī)機(jī)噴淋裝置分機(jī)（隔爆兼本安型PLC 控制箱），礦用隔爆型光纖測(cè)溫主機(jī)，礦用測(cè)溫光纜，煙霧報(bào)警器，聲光報(bào)警，隔爆型電磁閥，消防管道（室外保溫），消防專利噴嘴。

2）監(jiān)測(cè)手段。帶式輸送機(jī)機(jī)沿線各點(diǎn)的溫度和升溫趨勢(shì)，每個(gè)分區(qū)的煙霧情況，實(shí)現(xiàn)超溫故障、冒煙故障等防滅火重點(diǎn)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并及時(shí)啟動(dòng)噴淋設(shè)備，及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)處理，杜絕火災(zāi)隱患，尤其在冬季夜間，大雪天氣，可達(dá)到無(wú)人值守、無(wú)人巡檢的目的。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

在M705 至M706 轉(zhuǎn)運(yùn)站之間的8 672 m 長(zhǎng)的長(zhǎng)輸煤帶式輸送機(jī)上設(shè)計(jì)安裝1 套分布式光纖測(cè)溫（DTS）自動(dòng)報(bào)警滅火系統(tǒng)，設(shè)置有1 臺(tái)帶式輸送機(jī)機(jī)噴淋裝置主機(jī)和若干臺(tái)帶式輸送機(jī)機(jī)噴淋裝置，按50 m 1 個(gè)區(qū)域計(jì)算，100 m 放置1 臺(tái)分機(jī)，1 臺(tái)分機(jī)控制2 個(gè)區(qū)域，主機(jī)放置在帶式輸送機(jī)機(jī)頭M705轉(zhuǎn)運(yùn)站里，通過光纖連接到主控室。每個(gè)區(qū)域放置1個(gè)煙霧傳感器，1 個(gè)隔爆電磁閥，整條帶式輸送機(jī)上通過光纖串接，可實(shí)時(shí)顯示整條帶式輸送機(jī)各個(gè)區(qū)域的沿線溫度、煙霧等數(shù)據(jù)，在輸煤帶式輸送機(jī)上原有的各高清攝像頭輔助下，監(jiān)測(cè)各區(qū)域噴淋設(shè)備的狀態(tài)，并可對(duì)個(gè)區(qū)域噴淋設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程或手動(dòng)操作[5]。

2.3 方案架構(gòu)

礦用分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)由礦用隔爆型光纖測(cè)溫主機(jī)和測(cè)溫光纜組成。礦用分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)是一項(xiàng)實(shí)時(shí)在線、連續(xù)的溫度測(cè)量技術(shù)，可以提供輸煤帶式輸送機(jī)的1 m 定位精度內(nèi)的溫度分布，并定位報(bào)警位置。礦用光纖測(cè)溫主機(jī)放置在帶式輸送機(jī)機(jī)頭轉(zhuǎn)運(yùn)站里，測(cè)溫光纜從礦用光纖測(cè)溫主機(jī)處開始沿帶式輸送機(jī)機(jī)兩側(cè)共鋪設(shè)2 路測(cè)溫光纜，每路長(zhǎng)度8 700 m，主要對(duì)帶式輸送機(jī)火災(zāi)隱患點(diǎn)進(jìn)行無(wú)盲區(qū)全覆蓋監(jiān)測(cè)。礦用分布式光纖測(cè)溫裝置軟件上對(duì)每條帶式輸送機(jī)進(jìn)行分區(qū)檢測(cè)，每50 m 1 個(gè)區(qū)，設(shè)置1 個(gè)溫度報(bào)警值，每隔分區(qū)配備1 個(gè)煙霧報(bào)警器和礦用隔爆電磁閥。這樣總的設(shè)計(jì)174 個(gè)分區(qū)，由于每條帶式輸送機(jī)機(jī)噴淋裝置分機(jī)可以控制2 個(gè)區(qū)域，所以總共需要87 臺(tái)分機(jī)和1 臺(tái)噴淋裝置主機(jī)，礦用分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)布置方案示意圖如圖1。

圖1 礦用分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)布置方案示意圖

2.4 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)裝置可適用于露天煤礦和礦井下帶式輸送機(jī)機(jī)火災(zāi)報(bào)警自動(dòng)滅火控制，是智能化、智慧化礦山建設(shè)技術(shù)應(yīng)用理想的選擇[6]。具體由3 大部分組成：①傳感控制層：選用礦用隔爆型光纖測(cè)溫主機(jī)和雙通道測(cè)溫光纜檢測(cè)整條帶式輸送機(jī)機(jī)沿線溫度，采用煤礦用煙霧傳感器對(duì)帶式輸送機(jī)防塵罩內(nèi)各類火災(zāi)隱患產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而礦用隔爆型電磁閥則能根據(jù)實(shí)時(shí)溫控和煙控自動(dòng)進(jìn)行灑水滅火；②傳輸層：采用帶串口服務(wù)器功能的礦用本安型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，同時(shí)支持以太網(wǎng)電口信號(hào)、光口信號(hào)和RS485 信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類檢測(cè)數(shù)據(jù)的上傳和自動(dòng)報(bào)警滅火指令的下達(dá)；③應(yīng)用層：自動(dòng)報(bào)警滅火裝置軟件，分析整個(gè)帶式輸送機(jī)罩內(nèi)溫度分布，控制溫度超限區(qū)域的礦用隔爆型電磁閥自動(dòng)灑水滅火[7]。

2.4.1 系統(tǒng)組成及基本功能

長(zhǎng)距離輸煤帶式輸送機(jī)火災(zāi)報(bào)警滅火控制系統(tǒng)由礦用隔爆型光纖測(cè)溫主機(jī)、礦用隔爆型聲光報(bào)警器、礦用本安型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、礦用隔爆兼本安型穩(wěn)壓電源、礦用隔爆型電磁閥、礦用隔爆兼本安電源、煤礦用煙霧傳感器、煤礦用阻燃測(cè)溫光纜等設(shè)備組成，采用專有礦用測(cè)溫光纖把以上設(shè)備串接，形成智慧環(huán)網(wǎng)，最終接入主控室。

1）裝置具備網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，溫度測(cè)量數(shù)據(jù)及各球閥狀態(tài)信息可上傳至中心站。

2）裝置具備分布式光纖溫度測(cè)量功能，具有實(shí)時(shí)測(cè)溫光纜溫度采集功能。

3）裝置具備多路采集功能，1 條帶式輸送機(jī)自動(dòng)報(bào)警滅火裝置可以同時(shí)監(jiān)測(cè)多臺(tái)電磁閥狀態(tài)信息并可至少同時(shí)監(jiān)測(cè)2 路測(cè)溫光纜，最終傳到中心控制室大屏幕監(jiān)控，與5G 云數(shù)據(jù)有兼容接口，巡檢人員可通過手機(jī)瀏覽帶式輸送機(jī)的溫控狀態(tài)，并可及時(shí)接收到報(bào)警。

4）裝置具備快速更新狀態(tài)功能，及時(shí)更新各裝置狀態(tài)。

2.4.2 控制功能

1）裝置具有溫度控制電磁閥開閉的功能：當(dāng)帶式輸送機(jī)分區(qū)溫度超過該分區(qū)溫度上限值，或煙感信號(hào)持續(xù)報(bào)警10 s 以上時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制會(huì)發(fā)出帶式輸送機(jī)緊急停運(yùn)的信號(hào)，以就近?？吭瓌t，待帶式輸送機(jī)事故點(diǎn)停到附近的電磁閥下方[8]。

2）溫感探頭再次監(jiān)測(cè)確認(rèn)事故點(diǎn)狀態(tài)，確保不是誤報(bào)警，自動(dòng)打開該分區(qū)電動(dòng)球閥，噴灑水瀑，當(dāng)分區(qū)事故點(diǎn)溫度低于該分區(qū)溫度下限值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉該分區(qū)電動(dòng)球閥。

3）裝置具有煙霧濃度控制電磁閥開閉的功能：當(dāng)煙霧傳感器再次檢測(cè)到煙霧值超標(biāo)時(shí)，輸出高電平信號(hào)，控制對(duì)應(yīng)電磁球閥打開，當(dāng)未檢測(cè)到煙霧時(shí)，輸出低電平信號(hào)，電磁閥延時(shí)一段時(shí)間后關(guān)閉。

2.4.3 顯示功能和軟件功能

裝置具有電磁閥狀態(tài)顯示功能，包括電磁閥開閉狀態(tài)及通訊異常狀態(tài)的顯示，還具有溫度顯示功能，包括實(shí)時(shí)溫度曲線、各分區(qū)的溫度最大值、上限值和下限值的顯示。

3 項(xiàng)目方案預(yù)期目標(biāo)

1）通過對(duì)長(zhǎng)距離輸煤帶式輸送機(jī)火災(zāi)險(xiǎn)情進(jìn)行智能化監(jiān)控，對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行合理化監(jiān)測(cè)設(shè)備配置，各節(jié)點(diǎn)通過感溫光纖串聯(lián)，遠(yuǎn)程室內(nèi)監(jiān)控，可及時(shí)預(yù)警帶式輸送機(jī)自燃點(diǎn)，降低帶式輸送機(jī)自燃現(xiàn)象的發(fā)生，把火災(zāi)事故自行控制在萌芽當(dāng)中，有效減輕檢修維護(hù)工作量及物資的投入，尤其對(duì)冬季運(yùn)行安全有很大提高。

2）通過對(duì)帶式輸送機(jī)火災(zāi)險(xiǎn)情進(jìn)行智能化管控消除，減少了值班巡檢工人數(shù)量，使人工成本得到降低，工作效率得到提高。

3）通過大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，使檢修人員隨時(shí)了解帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)煤礦推廣智能化生產(chǎn)手段、普及智能化知識(shí)、營(yíng)造良好的科技氛圍有一定的促進(jìn)作用。

4）項(xiàng)目方案簡(jiǎn)單、新穎、實(shí)用，減少帶式輸送機(jī)停機(jī)時(shí)間，提高了長(zhǎng)距離輸煤帶式輸送機(jī)的運(yùn)力，煤礦的本質(zhì)安全，不僅適用于露天煤礦帶式輸送機(jī)，還適用于井下煤礦，港口煤炭運(yùn)輸?shù)拳h(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)勝利一號(hào)露天礦長(zhǎng)距離輸煤帶式輸送機(jī)上方布置加裝分布式光纖測(cè)溫（DTS）自動(dòng)報(bào)警滅火系統(tǒng)的研究，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)快速甄別帶式輸送機(jī)上燃煤是否有自燃或自燃傾向，并能夠及時(shí)自動(dòng)處置火情，杜絕火災(zāi)隱患的發(fā)生。系統(tǒng)采用光纖串接智能化、敏感度高，系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單無(wú)冗余設(shè)置，便于日常維護(hù)。系統(tǒng)能夠減少帶式輸送機(jī)檢修工人工作強(qiáng)度和處置難度，監(jiān)測(cè)處置帶式輸送機(jī)機(jī)死角和檢修工人不易到達(dá)的地方，減少安全隱患。有效提高冬季極寒露天礦區(qū)安全生產(chǎn)水平。