矿井胶带火灾的预警技术及预防措施

侯欣然，董宪伟，王福生

(河北联合大学，河北 唐山 063009)

胶带输送机因其运输能力大，运输距离长，机电事故率低、能耗小等优点在煤矿井下得到了广泛的应用，但胶带输送机一般位于矿井的进风区，一旦发生火灾产生大量的有毒有害气体，会造成巨大的人身伤亡和财产损失，国内外均有较多的事故案例。

1.胶带火灾发生的原因

为全面了解胶带火灾发生的原因，笔者搜集了大量的事故案例和、文献资料和现场调查，先后去开滦集团的钱家营矿、赵各庄矿、唐山矿等矿业公司收集资料和信息，通过对多起矿井胶带火灾事故的分析，得出其发生的主要原因有以下几点:

1.1 摩擦升温

摩擦升温主要包括胶带与滚筒、托辊轴承座、电缆、胶带周围的浮煤、木材等之间的摩擦，在一定条件下，引起胶带火灾。其中胶带与滚筒间的摩擦，在胶带与滚筒间有火花，而这些火花又能将灼热的胶带引燃这样发生胶带火灾的可能性比较大，因为经实验表明，平顶山矿务局、义乌矿务局和徐州矿务局都分别进行了胶带输送机作业全过程打滑实验，直到胶带被磨断，胶带都没有发生明火燃烧。

1.2 其他原因

电气设备发生短路或绝缘损坏等电气故障产生的高温和电火花引燃胶带;胶带机巷进行的电气焊产生的火花以及其他明火，比如扔掉的烟头引起可燃物，进而引发胶带火灾。

2.胶带火灾事故的主要危害

煤矿胶带火灾是矿井外因火灾的一种，其发生突然且发展迅猛，火焰传播速度可高达100m/h，如果不能被及时发现的话，往往会酿成大事故。胶带火灾事故危害主要有以下几点:

2.1 产生大量高温有毒有害烟雾

胶带发生火灾后，随着胶带燃烧的加剧，产生大量HCl 和窒息性气体CO、CO2 等，这些有毒有害气体随着新鲜风流蔓延，可能波及很大的区域甚至全矿，这些气体的含量往往超过了人体所能承受的最高值，造成人员中毒死亡。同时，胶带燃烧时产生的气体温度极高，在火源附近温度往往超过1000℃，在离火源很远的区域，高温烟流也高达100℃，这些对井下工作人员造成了威胁。

2.2 引起煤尘、瓦斯爆炸

如果胶带火灾发生在有煤尘、瓦斯危险的矿井，可能更为危险。火灾有可能引发二次事故，即煤尘、瓦斯爆炸，甚至引起连环爆炸，造成更为惨重的事故。如果胶带火灾发生在无瓦斯，或尚未出现过瓦斯的矿井，由于火灾发生后，使火源区附近的煤层高温干馏，产生甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)和氢气(H2)等爆炸气体，从而发生引发爆炸事故。

2.3 产生火风压造成风流逆转

随着胶带火灾的发展，燃烧产物不断增加，致使矿内空气温度升高，气体密度发生变化，形成浮力效应和节流效应，两种效应共同反抗机械风压的作用，造成井下某些巷道风流方向发生逆转。风流逆转不但会使那些似乎安全的地点突然出现烟雾，使工作人员受到威胁，而且还可能将爆炸性气体混入新鲜风流中，如遇明火，或返回火区，引起爆炸，后果不堪设想。

3.预警技术

井下胶带一旦着火，受风流的影响，其产生的有毒有害气体将蔓延至其他巷道，随着火势的增长并产生火风压，造成风流逆转，威胁整个矿井的工作人员和财产损失的安全，为此建立胶带火灾预警系统，实时监测胶带运行状态，出现异常情况及时采取合适控制措施，防止和减少胶带火灾的发生。笔者经过阅读大量国内外文献和现场调查，将目前胶带火灾的预测预警技术进行了归纳总结:

早在20世纪60年代，人们就开始研究胶带火灾的监控技术，主要进行了温度监测、烟雾探测和CO监测等。由于胶带燃烧产物特殊性，为确保安全生产这些监测方法必须同时使用。

1999年，徐景德、周心权通过实验结果，表明胶带火灾早起报警应在同一地点同时采用CO、烟雾两套传感器，且位置的确定应考虑传感器的报警限和实践参数以及风速等因素的影响。

2001年黄民、顾玉华等人设计了包括滚筒打滑监测监测、托辊超温监测、环境温度监测、信号变送电路和计算机监测在内的用于胶带机火灾在线监测、预报和火源定位的实用系统，经试验证明，该系统具有结构简单、安装方便、性能可靠、环境适应性强等优点。

2002年，张仿彦在《煤矿安全监控系统在矿井胶带火灾防治中的应用》中介绍了河北邢台煤矿应用森透里昂监测监控系统，实现了对井下有害气体进行24 小时不间断连续监测井下个监测点的风流、瓦斯、CO、烟雾机温度等状况，并随时进行数据处理，并通过中心站监测主机，实现了地面控制井下报警断电、胶带巷防灭火。同年，孟峰，朱华平成功得将矿用本安型PLC 应用在胶带机火灾监控中，并采用红外探测原理检测主滚筒的表面温度，从而不受环境温度的影响，准确性较高。

2007年，郭建采用基于自适应网络的模糊推理系统(ANFIS)对胶带机火灾信号进行处理，综合考虑了温度、温度变化率、CO 浓度及CO 浓度变化率4 个参量，提高了系统的抗干扰性能，为胶带火灾监测系统的智能化进程打下了基础。同年，韩莹，赵国材等人综合利用模糊控制理论和神经网络算法，设计了智能型火灾报警系统，并将气味传感器应用到胶带火灾的监测，提高了系统精度和环境适应能力，减少误报率。也是在同年，潘科，秦华礼等人成功将气味传感器应用到胶带火灾监测，并研究了其在井下的布置方式，认为气味传感去宜布置在气味浓度较高的混合浓度区，并通过相似理论模拟得出其间距。

2012年，叶锦娇设计了基于ZigBee 技术的胶带机多点温度监测系统，系统不仅能准确测量和显示温度，而且体积小、成本及功耗低、实时性强、可靠性高。

2013年，由于分布式光纤温度传感器具有抗电磁干扰、易于安装、本质安全、可连续远距离敷设等特点，在实时监测温度场的空间连续分布的中受到重视，并将获得广泛应用。

4.胶带火灾预防措施

(1)使用阻燃胶带输送机。阻燃胶带并不是不能燃烧，在使用时仍应配足安全保护装置，并安设消防水管、配备胶管、灭火器等消防器材。

(2)加强检查和管理，确保其正常运行和良好的运行条件。

(3)采用适合于本矿井的胶带火灾监控系统。

结束语

综上所述，目前针对胶带火灾的研究比较集中于胶带燃烧特性及产物上，当然这些基础研究为胶带火灾的预警技术提供了基础依据，而随着科技的进步，人们的认知水平不断提高，发现过去的单一监测并不能够有效监测胶带火灾的发生，逐步从单一监测变为多元化、多角度的监测;由于井下胶带巷大部分是进风巷，在发生火灾时风流的作用，使得燃烧生成的CO、烟流浓度和温度受到很大的影响，易造成漏报和延报等现象，而气味传感器在一定程度上能弥补这些缺点，但胶带燃烧的气体产物始终会受到风流的作用，使得其检测数据仍有偏差，但在各研究学者的努力下，相信胶带火灾预警技术始终会朝着抗干扰能力强、报警时间短、准确度高、智能型、友好型不断发展，为井下的生产提供安全环境。

［1］ 徐景德，周心权.煤矿胶带输送机火灾早起报警技术的研究［J］.煤矿安全，1999.

［2］ 黄民，顾玉华，魏任之.矿用胶带输送机火灾监测系统的研究［J］.煤炭学报，2002.

［3］ 张仿彦.煤矿安全监控系统在矿井胶带火灾防治中的应用［J］.煤矿开采，2002.

［4］ 孟峰，朱华平.胶带输送机火灾监控与自动灭火装置的设计［J］.工矿自动化，2002.

［5］ 郭键.一种模糊神经网络在矿井胶带机火灾探测中的应用［J］.兰州理工大学学报2007.

［6］ 韩莹，赵国材，李琨.煤矿井下带式输送机智能型火灾报警系统［J］.煤矿机电，2007.