李京澤

（山西國(guó)辰建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

0 引 言

煤礦帶式輸送機(jī)是煤礦井下生產(chǎn)的常用設(shè)備。但在運(yùn)輸皮帶正常運(yùn)行過(guò)程中，若因皮帶受卡，或皮帶機(jī)滾筒、托輥因機(jī)械原因不轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)速較慢時(shí)，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(shí)發(fā)現(xiàn)，溫度升至輸送帶點(diǎn)燃溫度將會(huì)導(dǎo)致皮帶機(jī)冒煙起火；另外，皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)部分在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)和主滾筒之間的液壓聯(lián)軸節(jié)的過(guò)熱保護(hù)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(jī)一旦起火，產(chǎn)生的煙霧、一氧化碳等有害氣體隨進(jìn)風(fēng)流進(jìn)入井下作業(yè)地點(diǎn)，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(píng)定方法》 《智能化示范煤礦驗(yàn)收管理辦法》 《煤礦防滅火細(xì)則》均對(duì)帶式輸送機(jī)自動(dòng)滅火系統(tǒng)提出了建設(shè)要求。

華陽(yáng)一礦北翼第一部帶式輸送機(jī)運(yùn)煤路線較長(zhǎng)，為了保證生產(chǎn)安全，設(shè)計(jì)研究了一套火災(zāi)預(yù)警及自動(dòng)滅火系統(tǒng)，并根據(jù)該條帶式輸送機(jī)的具體情況，對(duì)于不同區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性處理。

1 概 況

華陽(yáng)一礦井下主運(yùn)輸系統(tǒng)由北翼主運(yùn)輸系統(tǒng)及西大巷主運(yùn)輸系統(tǒng)組成，主運(yùn)輸設(shè)備具備運(yùn)量、帶速、溫度、跑偏、撕裂等智能監(jiān)測(cè)、預(yù)警與保護(hù)功能。其中北翼主運(yùn)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(jī)—采區(qū)煤倉(cāng)（給煤機(jī)） —第五部帶式輸送機(jī)—煤倉(cāng)（給煤機(jī)） —第四部帶式輸送機(jī)—第三部帶式輸送機(jī)—第二部帶式輸送機(jī)—第一部帶式輸送機(jī)—北翼煤倉(cāng)（給煤機(jī)） —1 號(hào)主斜井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)—地面工業(yè)場(chǎng)地。

（2） 回采工作面—十二/十三/十四采區(qū)帶式輸送機(jī)—采區(qū)煤倉(cāng)（給煤機(jī)） —第五部帶式輸送機(jī)—煤倉(cāng)（給煤機(jī)） —第四部帶式輸送機(jī)—第三部帶式輸送機(jī)—第二部帶式輸送機(jī)—第一部帶式輸送機(jī)—配倉(cāng)帶式輸送機(jī)—北翼新煤倉(cāng)（給煤機(jī)） —2號(hào)主斜井強(qiáng)力帶式輸送機(jī)—地面工業(yè)場(chǎng)地。

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

北翼第一部帶式輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)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(dòng)滅火系統(tǒng)

根據(jù)北翼第一部帶式輸送機(jī)巷道和設(shè)備具體情況，設(shè)計(jì)的火災(zāi)預(yù)警及自動(dòng)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(yáng)一礦自有網(wǎng)絡(luò)）、光纖測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)、皮帶機(jī)頭自動(dòng)滅火系統(tǒng)、皮帶巷沿線自動(dòng)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(jī)火災(zāi)預(yù)警及自動(dòng)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(yáng)一礦實(shí)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(guò)消防系統(tǒng)管理軟件對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)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(jì)要求，因此綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題，此次設(shè)計(jì)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(jìn)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(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)

光纖測(cè)溫預(yù)警系統(tǒng)選用KJ845-Z 礦用隔爆型光纖測(cè)溫主機(jī)，在運(yùn)輸皮帶沿線布置感溫光纜，監(jiān)測(cè)輸送皮帶滾筒、托輥、電機(jī)和巷道環(huán)境溫度。根據(jù)光纜探測(cè)到的溫度及溫度的變化對(duì)整個(gè)巷道內(nèi)的火災(zāi)情況進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)火情的預(yù)測(cè)及預(yù)警。

此次選用的KJ845-Z 型光纖測(cè)溫主機(jī)處理器采用分布式溫度系統(tǒng)，集光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)、光纖光纜和弱信號(hào)檢測(cè)等技術(shù)為一體，在溫度在線監(jiān)測(cè)報(bào)警和滲漏監(jiān)測(cè)等方面廣泛應(yīng)用。該主機(jī)可以連續(xù)測(cè)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(duì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的帶式輸送機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(zhǎng)、能在有害環(huán)境中安全運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，可以適應(yīng)煤礦井下惡劣的工作環(huán)境，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 機(jī)頭自動(dòng)滅火系統(tǒng)

皮帶機(jī)頭、機(jī)尾處為消防重點(diǎn)防范區(qū)域。根據(jù)北翼第一部帶式輸送機(jī)巷道情況和帶式輸送機(jī)型號(hào)，皮帶機(jī)頭滅火系統(tǒng)采用超細(xì)干粉滅火方式，由ZFM30/40-Z 礦用區(qū)域自動(dòng)滅火裝置主機(jī)、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(bào)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(xì)干粉滅火器等設(shè)備組成，如圖2 所示。

圖2 機(jī)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(jì)的系統(tǒng)在接收到第一次異常信號(hào)時(shí)（包括防護(hù)區(qū)域內(nèi)設(shè)置的煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骷肮饫w測(cè)溫主機(jī)的超溫信號(hào)），啟動(dòng)設(shè)置在機(jī)頭、機(jī)尾處的火災(zāi)聲光報(bào)警器，并點(diǎn)亮疏散指示燈，報(bào)警器發(fā)出語(yǔ)音，疏散現(xiàn)場(chǎng)人員，開(kāi)始60 s 倒計(jì)時(shí)。系統(tǒng)接收第一次異常信號(hào)后的30 s 內(nèi)，若未接收到第二個(gè)異常信號(hào)（包括同一防護(hù)區(qū)域內(nèi)的其他煙霧探測(cè)器、火焰探測(cè)器及光纖測(cè)溫主機(jī)相鄰測(cè)點(diǎn)超溫信號(hào)），則取消火災(zāi)警報(bào)；若接收到第二個(gè)信號(hào)，則系統(tǒng)確認(rèn)火情真實(shí)存在，繼續(xù)之前的60 s 倒計(jì)時(shí)，在倒計(jì)時(shí)結(jié)束后啟動(dòng)自動(dòng)滅火裝置，并點(diǎn)亮該防護(hù)區(qū)外的噴灑指示燈。

2.4 巷道沿線自動(dòng)滅火系統(tǒng)

根據(jù)北翼第一部帶式輸送機(jī)巷道情況和帶式輸送機(jī)型號(hào)，運(yùn)輸皮帶沿線自動(dòng)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(chǎng)實(shí)際情況，巷道沿線每100 m 為1 個(gè)防火分區(qū)，采用消防水管噴淋的方式滅火。每個(gè)防火分區(qū)布置1 臺(tái)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(cè)溫系統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)?；鹎樘綔y(cè)與警報(bào)流程與機(jī)頭自動(dòng)滅火系統(tǒng)大致相同，不再贅述。除自動(dòng)滅火外，每個(gè)分區(qū)操作箱亦可對(duì)該分區(qū)進(jìn)行人工手動(dòng)操作灑水噴淋滅火或降塵。

2.5 軟件管理

裝置內(nèi)的PLC 對(duì)所有異常狀態(tài)進(jìn)行記錄并實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控主機(jī)，主機(jī)系統(tǒng)配套的監(jiān)控管理軟件，可以在調(diào)度室遠(yuǎn)程管理各防火區(qū)的消防設(shè)備，隨時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。人機(jī)界面采用圖形和動(dòng)畫結(jié)合的方式進(jìn)行展示，可以直觀看到所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并和現(xiàn)場(chǎng)情況同步變化，如圖4 所示。發(fā)生火情時(shí)，遠(yuǎn)程工作站上第一時(shí)間就能看到報(bào)警信息，并進(jìn)行記錄以供后期追溯。該軟件可以與華陽(yáng)一礦現(xiàn)有的煤礦智能化管理平臺(tái)對(duì)接，便于礦方對(duì)自動(dòng)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(dòng)滅火系統(tǒng)軟件界面Fig.4 Fire warning and automatic fire extinguishing system software interface

3 現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)用

按照設(shè)計(jì)方案滅火要求，在皮帶機(jī)頭電機(jī)部位布置火焰?zhèn)鞲衅鳎科武佋O(shè)測(cè)溫光纖，布置煙霧傳感器，機(jī)尾安裝一氧化碳傳感器進(jìn)行火情探測(cè)，使用干粉滅火器和噴淋管路進(jìn)行滅火處理。

（1） 光纖測(cè)溫主機(jī)布置在皮帶機(jī)頭合適位置。測(cè)溫光纜沿井筒從皮帶機(jī)頭到達(dá)皮帶機(jī)尾，分別監(jiān)測(cè)相應(yīng)區(qū)域的輸送皮帶溫度。探測(cè)光纜沿皮帶機(jī)承載托輥兩端進(jìn)行鋪設(shè)，使系統(tǒng)可以精確定位到單組托輥位置，從而對(duì)承載托輥軸承溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（2） 在機(jī)頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(jì)分區(qū)安裝煙霧傳感器，均勻分布，在皮帶機(jī)尾安裝一氧化碳傳感器。

（3） 在機(jī)頭驅(qū)動(dòng)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(jī)連接，進(jìn)行滅火防護(hù)。

（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(cè)滅火器或噴淋管路壓力，以確保在火情發(fā)生時(shí)能夠正常滅火。

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

（6） 操作箱沿井筒方向按分區(qū)進(jìn)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(jī)安裝于皮帶機(jī)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(jī)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(jī)安裝于調(diào)度室對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4 結(jié) 語(yǔ)

設(shè)計(jì)的帶式輸送機(jī)火災(zāi)預(yù)警及自動(dòng)滅火系統(tǒng)在華陽(yáng)一礦北翼第一部帶式輸送機(jī)安裝調(diào)試后，進(jìn)行了為期6 個(gè)月的試運(yùn)行。在試運(yùn)行階段，系統(tǒng)與華陽(yáng)一礦現(xiàn)有工業(yè)環(huán)網(wǎng)和智能化管理平臺(tái)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(shí)時(shí)有效監(jiān)控帶式輸送機(jī)各機(jī)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(shí)，系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確識(shí)別事故情況并報(bào)警，可以按照預(yù)設(shè)的程序啟動(dòng)自動(dòng)滅火裝置，應(yīng)用效果良好。