煤矿井下车载水喷雾灭火系统

王丽威

（中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西 太原030006）

防爆柴油机无轨胶轮车是煤矿井下重要的运载设备，具有运行数量多，使用强度大，路况条件差的特点，车辆维修保养较为频繁。煤矿井下辅助运输巷道断面尺寸约为20 m2,风速最高可达8 m/s，车辆因异常原因一旦发生火情，火势会迅速扩大，有害气体扩散，造成严重的井下火灾事故[1-2]。依据MT/T 989—2006《矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》规定：防爆胶轮车应配置自动灭火系统或便携式灭火器等消防装置；防爆柴油机功率超过70 kW时，应配备车载灭火器或至少2 台便携式灭火器；车载灭火系统启动，则防爆柴油机应能自动熄火。

目前，煤矿井下自动灭火系统采用的火源探测机理主要有：探测电阻变化的感温电缆/热电偶式、探测热辐射频率的红/紫外光波探测式以及常闭喷头熔断式；执行灭火操作所采用的触发元件主要有防爆电动球阀、隔爆电磁阀、气控阀门以及手控阀门；灭火药剂通常采用超细干粉或特制灭火溶液。这类灭火系统在系统可靠性、灭火能力、空间布置以及采购维护成本等方面尚存在问题，且无法满足使防爆柴油停机的功能[3-4]。长期以来，我国煤矿井下防爆胶轮车仅配备便携式干粉灭火器。

2.改革金融会计监管模式。针对金融会计的监督管理模式的改革，要从以下两个方面着手：一是对企业当中参与金融监管的各个部门的职能都进行明确，合理安排各个部门之间的分工，每个部门之间的信息都要进行共享，从而使得每个部门都能对金融会计起到监督的作用。企业根据现有的金融管理监督机制，根据不同的情况和种类制定出相对应的解决方案，充分利用资源，使得企业金融的监管能够发挥最大的作用。二是将监察管理原则变更为事前、事中、事后，来对金融会计进行监管。方案确定之前需要仔细考量，集思广益，对制定出的方案也要反复的检查，方案实行之后要做一个全方位的评定，这样才能反映出企业最真实的情况。

水喷雾灭火系统广泛用于建筑、燃油发电设备、电气设备、化工设备、地铁车站等场所的控火灭火和防护冷却[5]。GB 50219—2014《水喷雾灭火系统设计规范》指出，水喷雾灭火系统可用于扑救固体火灾、丙类液体火灾、饮料酒火灾和电气火灾，并可用于可燃气体和甲、乙、丙类液体的生产、储存装置或装卸设施的防护冷却。水喷雾灭火系统不仅有很强的控灭火能力，还可遮盖热辐射，俘获大量燃烧扬起的烟尘、颗粒物，对有毒气体有一定的洗涤作用，能改善人员的逃生环境。宋永超、谢志成等[6-11]研究认为，水喷雾系统对于隧道火灾的烟气蔓延速度、烟气温度、能见度及有毒气体浓度等方面具有较好的控制效果。此外，水喷雾对设备及环境无害，耗水量小，具有较好的经济性。结合防爆柴油机无轨胶轮车火灾特点，设计一种煤矿井下车载水喷雾灭火系统具有重要意义。

1 水喷雾灭火系统车载可行性

1.1 灭火能力及适应性

水喷雾灭火系统是通过增加系统水压，采用水雾喷头，使水流在高压作用下分解形成以喷头为锥顶的分散雾滴，粒径小于1 mm。与喷淋水灭火系统相比，水喷雾灭火系统在相同耗水率情况下大大增加了水与燃烧物的接触面积，通过表面冷却作用、窒息作用、稀释乳化作用，使用较少量水即可达到优于喷淋水灭火系统的效果。

经测算，防爆柴油机重点防护部位喷雾表面积S 为1.6 m2。参考60～120 ℃闪点的液体火灾的设计依据，保护对象设计喷水强度W 为20 L/（min·m2），设计喷水持续时间不少于5 min。

防爆柴油机机舱火灾的初期形式表现为固体物质火灾，可燃物主要为各类粘附在壳体上的油污、维修保养后遗漏的棉纱、木屑及煤尘等，采用水喷雾灭火可迅速将其扑灭。若放任其火势扩大，造成箱体内柴油、液压油流淌燃烧，火势将难以控制。因此，设计的水喷雾灭火系统应具有较短的响应时间及较强的喷雾强度。

1.2 水喷雾系统车载的条件

1）车载水源。防爆胶轮车一般采用矿用防爆柴油机作为动力，采用防爆水洗箱对尾气进行消焰及净化，为提升车辆单次加水后的运行里程，通常额外配置较大容积的储水箱为防爆水洗箱进行补水,储水箱容积一般为100～300 L，防爆柴油机功率越大，配置的储水箱容积越大。紧急情况下，储水箱水源可用作自动水喷雾灭火系统的消防水源。

2）车载气源。防爆柴油机一般采用气马达带动飞轮旋转的方式进行启动。由于气马达启动功率较大，车辆气动系统一般标配有容积为100～200 L 的储气罐，额定充气压力为0.8 MPa，防爆柴油机运转时，机身自带的空压机持续为储气罐进行补气。当自动灭火系统启动后，防爆柴油机随即熄火停机，储气罐内的蓄能空气可用作自动水喷雾灭火系统对消防水加压的动力源。

3）集成式火源探测器。为实现火灾探测和自动灭火的功能，采用一种熔断后可触发灭火系统启动灭火机制的集成式火源探测器。集成式火源探测器结构如图1，玻璃泡爆裂温度182 ℃，响应速度为RTI 12。火源探测器携带的压缩气体为CO2，容积为10 mL，额定压力20 MPa，一次性元件，触发后即需要更换。集成式火源探测器具有结构紧凑，抗震能力强，可靠性高的特点。火源探测器动作机理为：正常状态时，锁定锥在玻璃泡及钢珠的支撑下保持固定，钢珠在受到锁定锥、弹簧及壳体3 个方向的挤压力的作用下保持平衡。当玻璃泡中的液体温度升高至极限温度时，玻璃泡爆裂，锁定锥在钢珠的挤压作用下向撞针一侧移动，钢珠同时向锁定锥轴心移动，弹簧力完全作用在活塞上，推动活塞向气瓶加速，使撞针插入气瓶颈部的封盖中，气瓶内储存的压缩气体迅速排入触发管路，使触发管路气压升高至0.25 MPa 以上，气控换向阀实现换向。

图1 集成式火源探测器结构Fig.1 Structure of integrated fire source detector

2 灭火系统

2.1 系统组成及原理

常压干式管网自动喷雾灭火系统组成及原理如图2。储水箱是消防用水的储水容器，储气罐是消防水加压的动力源，火源探测器同时作为火灾的探测元件及系统启动元件。

老人们一说到“可怜的爱米丽”，就交头接耳开了。他们彼此说:“你当真认为是那么回事吗?”“当然是啰。还能是别的什么事?……”而这句话他们是用手捂住嘴轻轻地说的；轻快的马蹄得得驶去的时候，关上了遮挡星期日午后骄阳的百叶窗，还可听出绸缎的窸窣声:“可怜的爱米丽。”

图2 自动喷雾灭火系统组成及原理Fig.2 Composition and principle of automatic water spray fire extinguishing system

式中：q 为水雾喷头的流量，L/min；p 为喷头的工作压力，MPa；k 为水雾喷头的流量系数。

当火灾发生时，火源探测器熔断并触发气控换向阀换向，气控换向阀锁止在接通位置；储气罐压缩空气迅速控制柴油切断缸及风门切断缸动作，迫使防爆柴油机停止运转；压缩空气经减压阀减压后进入储水箱，储水箱加压至0.2 MPa 时轴阀开启；加压水通过轴阀进入灭火管网，从水雾喷头喷出，灭火系统响应时间小于10 s。手动紧急按钮与气控换向阀并联设计，当人员首先发现火情并按下紧急按钮时，系统执行同样的灭火动作。

完成灭火过程后，手动复位气控换向阀，同时更换熔断的火源探测器。灭火系统流程如图3。

1.1.3 主要仪器 鼓风干燥箱(DHG-9123A，上海精宏实验设备有限公司)、分析天平(TP-214，美国DENVER公司)、分光光度计(T6，新世纪北京普析通用仪器公司)、锤式旋风磨(JXFM110，杭州大吉光电仪器有限公司),超声清洗机(DL400B，上海之信仪器有限公司)

2.2 系统元部件配置

减压阀组由单向阀、安全阀、减压阀及气压表组成。单向阀可防止水倒流回控制管路，造成管路结冰或换向阀损坏。安全阀开启压力设定为0.5 MPa，可避免储水箱因压力过大而损坏。减压阀带调节旋钮及气压表，通过调节对储水箱的压力实现对喷水流量的控制，调节范围为0.2～0.5 MPa。

从中国成品油市场发展的阶段和现状看，中国成品油市场化改革的条件基本具备，改革的核心是实现成品油价格全面市场化，真正实现市场决定价格，这将对成品油企业和行业的发展以及国家能源安全起到积极作用。

图3 自动喷雾灭火系统工作流程Fig.3 Work flow of automatic water spray fire extinguishing system

轴阀为气控常闭式，开启压力为0.2 MPa；气控换向阀具有阀芯定位及手动复位功能，当控制管路压力大于0.2 MPa 时，气控换向阀换向并锁止在开启位置，使储气罐的压缩空气持续进入进气切断缸、柴油切断缸、储水箱以及轴阀等处。进气切断缸和柴油切断缸动作时，可使防爆柴油机立即停机，车辆自动执行缓速制动。

式中：S 为受保护面积，m2；W 为设计喷水强度,L/（min·m2）。

根据“预防为主，消防结合”的方针，设计喷水强度及持续时间应立足于有效控制车辆初期火灾。防爆柴油机车辆作为煤矿井下长距离运输车辆，若按地面建筑标准设计较长的灭火持续时间，必然要求携带大量的消防用水，影响车辆运行的经济性。对水喷雾灭火的持续时间作为一个工程判断问题处理。采用较短的响应时间及大流量水喷雾进行覆盖式灭火的方案具有可行性。

3 关键参数

3.1 喷水强度

灭火管网为常压干式管网，为便于布置，管路采用抗干烧的挠性金属管。干式管网最大的优点在于，其管路中储存的为高压空气，具有耐寒、耐热的特点，适用于温度低于4 ℃和高于70 ℃的工作环境。在准工作状态时，管路内常压、无水，任意拆解管路不会导致系统误动作，便于车辆的维修保养。

防爆柴油机机舱是车辆火灾的重点防控区域，起火点一般位于空压机、增压器及排气管等位置。与道路车辆用柴油机相比，煤矿用防爆柴油机的高温排气通道以及空压机壳体等元部件均采用水套式冷却方式，柴油机表面正常工作温度均小于150℃，对其外壳采用水喷雾灭火的方式不会造成元部件损坏。

3.2 喷头参数

采用ZSTW B10/90 型雾化喷头，额定工作压力为0.35 MPa，喷头的流量系数为10，喷头的流量计算公式为：

本文拟通过介绍生物质颗粒燃料及其特性，综述国内外生物质颗粒燃料成型机发展现状，对比分析国内环模颗粒成型机和平模颗粒成型机的性能和应用，探讨国内外生物质颗粒燃料成型技术及设备存在的问题，并提出我国生物质颗粒燃料设备及产业化发展方向。

当系统处于准工作状态时，紧急按钮、气控换向阀及轴阀均处于断开位置；储气罐保持额定工作压力0.8 MPa；进气切断缸及柴油切断缸处于接通位置，防爆柴油机正常运转。

为保证喷雾能够通过火焰直达燃烧中心，根据水雾喷头的喷雾曲线，喷头与被防护部位的距离定为0.5 m。喷头数量N 计算公式为：

紧急按钮供人员手动紧急灭火时使用，阀芯带定位功能，人员拍下紧急按钮后可迅速撤离，该功能对于井下巷道人员逃生具有重要意义。

根据喷头数量及流量可知，储水箱容积Q 应至少保证168 L 的消防用水容积。

3.3 储气罐压降

储气罐应维持灭火系统启动全过程中的管网压力，最低喷水压力不得小于0.35 MPa。储气罐设计容积V1为140 L，额定工作压力p1为0.8 MPa。将消防水全部喷完后储气罐剩余压力为p2，压力平衡公式为：

(3)教学层次性和组织性较强。同步在线教育课堂更具层次性和组织性。教师根据学生留言或弹幕问题，调整教学进度和知识点，尽可能地将学生注意力集中在疑难问题上，并在上课时间将问题解决。缺点则是教学氛围和节奏不易控制；一次性反馈过多，不利于突出难点。

1.6.2 质谱条件。大气压电喷雾离子源(ESI)；正离子模式；气帘气CUR 241.3 kPa；碰撞气CAD：中等；喷雾电压IS：5 500 (ESI)；雾化温度TEM：550 ℃；雾化气GS1：379.2 kPa；辅助气GS2：379.2 kPa；检测方式：MRM监测。定性离子对、定量离子对、去簇电压、碰撞能量等离子检测条件见表2。

根据式（3），可得出储气罐压降曲线。随着喷水量逐渐增加，储气罐压力逐渐下降，当消防用水全部喷完时，储气罐剩余压力约为0.35 MPa，仍然满足水雾喷头工作所需压力。

研究中所纳入的14例（14髋）患者术后影像学资料均显示翻修后的髋关节假体位置优良，较健侧旋转中心和偏心距解剖重建。患者髋关节功能评分显著提升、患者主观感受较好。但本研究纳入病例较少，随访最长时间较短，远期疗效需进一步扩大例数并长期随访观察。

4 结 语

设计的车载水喷雾灭火系统采用原有车载气源、水源，采用气动控制，不含电气元件，可靠性高，可以手动触发及终止，采用常压干式管网，具有气源蓄能能力大、储水箱蓄水能力大、控制简单可靠，转换迅速的特点，能在恶劣环境下长期处于备用状态。

采用水作为灭火介质不仅可以解决维护保养更换的问题，操作简单，大大降低了使用维护成本及故障率，保障了车辆井下安全运行。采用水喷雾对环境、保护对象，保护区人员没有影响，减少干粉灭火器等带来的各种不易处理的后果。该系统还可用于车辆内部进行定期喷雾清洗，防止发动机及其它部件表面粉尘堆积影响散热，造成安全隐患。