长距离输煤带式输送机火灾报警自动灭火系统的应用

胡成功，马忠云，蔡力宏，赵 晶

（1.国家能源集团神华北电胜利能源有限公司，内蒙古 锡林浩特 026000；2.国家能源集团神华科技发展有限责任公司，北京 100240）

胜利一号露天煤矿位于内蒙古自治区锡林浩特市区偏西北方向约6 km，神华胜利发电厂位于锡林浩特市区东北方向约8 km，通过长距离带式输送机直接向电厂供煤，带式输送机输煤距离约为13 km，中间设置5 个转运站。输煤系统起点为胜利一号露天煤矿地面生产系统的M701 带式输送机，终点为神华胜利发电厂储煤仓，仓后接入电厂厂内输煤系统，其中M705 号带式输送机长度8 672 m。

锡林浩特冬季严寒，最低气温可达-45 ℃，露天煤矿室外长距离输煤带式输送机事故巡检工作困难，出现火情，若不能及时发现处置，易酿成火灾。尤其在冬季遇到大雪天气，检修人员需沿着数公里长的带式输送机线路驾车巡检，即使采用无人机巡检，视觉受到影响，且不易及时赶到事故点，给灭火工作带来不便[1-2]，且冬季户外检修人员易冻伤，给人身安全也带来隐患。国内对输煤带式输送机的监测仅停留在对整根带式输送机的卡煤、断带、纠偏及火灾报警的显示，不能智能化发现火灾隐情，实现自动灭火处置。

1 智能化火灾监控自动灭火系统

针对胜利一号露天煤矿M705 号带式输送机超长距离输送易自燃褐煤的过程中，输煤带式输送机上因为各种故障堆积的褐煤局部温度过高，可能会使煤炭或周边的带式输送机发生部分内燃[3]，造成火灾隐患而又不能及时发现处置，最终自燃酿成火灾事故，研发出1 种自动监控且能自动灭火消防的智能化系统至关重要。

利用分布式光纤测温（DTS）技术可以实现带式输送机机中温度异常点的大范围分布监测，从而实现火灾的预警，同时烟雾传感器，可以准确、及时对温度异常和烟雾异常区域进行区段定位、报警，并经智能化计算顺控联动停运带式输送机，把带式输送机事故点停在带式输送机机顶部喷淋装置处，误差在±0.5 m，并将定位报警数据通过通讯口下发给带式输送机机顶部喷淋装置，带式输送机机喷淋装置根据这些定位报警数据，快速启动事故区域的电磁阀，持续喷洒灭火介质，直至温感伸缩探头探明事故点位置煤堆及带式输送机的温度降至正常范围，巡检人员将随后赶到，查看自动灭火效果人工干预，从而达到事故区域的及时消防灭火的目的[4]。

2 技术方案

2.1 分布式光纤测温（DTS）技术监测

1）技术监测所需设备及材料。带式输送机机喷淋装置主机（隔爆兼本安型PLC 控制箱），带式输送机机喷淋装置分机（隔爆兼本安型PLC 控制箱），矿用隔爆型光纤测温主机，矿用测温光缆，烟雾报警器，声光报警，隔爆型电磁阀，消防管道（室外保温），消防专利喷嘴。

2）监测手段。带式输送机机沿线各点的温度和升温趋势，每个分区的烟雾情况，实现超温故障、冒烟故障等防灭火重点参数的实时监控，并及时启动喷淋设备，及时发现，及时处理，杜绝火灾隐患，尤其在冬季夜间，大雪天气，可达到无人值守、无人巡检的目的。

2.2 测点布置

在M705 至M706 转运站之间的8 672 m 长的长输煤带式输送机上设计安装1 套分布式光纤测温（DTS）自动报警灭火系统，设置有1 台带式输送机机喷淋装置主机和若干台带式输送机机喷淋装置，按50 m 1 个区域计算，100 m 放置1 台分机，1 台分机控制2 个区域，主机放置在带式输送机机头M705转运站里，通过光纤连接到主控室。每个区域放置1个烟雾传感器，1 个隔爆电磁阀，整条带式输送机上通过光纤串接，可实时显示整条带式输送机各个区域的沿线温度、烟雾等数据，在输煤带式输送机上原有的各高清摄像头辅助下，监测各区域喷淋设备的状态，并可对个区域喷淋设备进行远程或手动操作[5]。

2.3 方案架构

矿用分布式光纤测温系统由矿用隔爆型光纤测温主机和测温光缆组成。矿用分布式光纤测温系统是一项实时在线、连续的温度测量技术，可以提供输煤带式输送机的1 m 定位精度内的温度分布，并定位报警位置。矿用光纤测温主机放置在带式输送机机头转运站里，测温光缆从矿用光纤测温主机处开始沿带式输送机机两侧共铺设2 路测温光缆，每路长度8 700 m，主要对带式输送机火灾隐患点进行无盲区全覆盖监测。矿用分布式光纤测温装置软件上对每条带式输送机进行分区检测，每50 m 1 个区，设置1 个温度报警值，每隔分区配备1 个烟雾报警器和矿用隔爆电磁阀。这样总的设计174 个分区，由于每条带式输送机机喷淋装置分机可以控制2 个区域，所以总共需要87 台分机和1 台喷淋装置主机，矿用分布式光纤测温系统布置方案示意图如图1。

图1 矿用分布式光纤测温系统布置方案示意图

2.4 系统功能

本系统装置可适用于露天煤矿和矿井下带式输送机机火灾报警自动灭火控制，是智能化、智慧化矿山建设技术应用理想的选择[6]。具体由3 大部分组成：①传感控制层：选用矿用隔爆型光纤测温主机和双通道测温光缆检测整条带式输送机机沿线温度，采用煤矿用烟雾传感器对带式输送机防尘罩内各类火灾隐患产生的烟雾进行实时监测，而矿用隔爆型电磁阀则能根据实时温控和烟控自动进行洒水灭火；②传输层：采用带串口服务器功能的矿用本安型网络交换机，同时支持以太网电口信号、光口信号和RS485 信号，实现对各类检测数据的上传和自动报警灭火指令的下达；③应用层：自动报警灭火装置软件，分析整个带式输送机罩内温度分布，控制温度超限区域的矿用隔爆型电磁阀自动洒水灭火[7]。

2.4.1 系统组成及基本功能

长距离输煤带式输送机火灾报警灭火控制系统由矿用隔爆型光纤测温主机、矿用隔爆型声光报警器、矿用本安型网络交换机、矿用隔爆兼本安型稳压电源、矿用隔爆型电磁阀、矿用隔爆兼本安电源、煤矿用烟雾传感器、煤矿用阻燃测温光缆等设备组成，采用专有矿用测温光纤把以上设备串接，形成智慧环网，最终接入主控室。

1）装置具备网络传输功能，温度测量数据及各球阀状态信息可上传至中心站。

2）装置具备分布式光纤温度测量功能，具有实时测温光缆温度采集功能。

3）装置具备多路采集功能，1 条带式输送机自动报警灭火装置可以同时监测多台电磁阀状态信息并可至少同时监测2 路测温光缆，最终传到中心控制室大屏幕监控，与5G 云数据有兼容接口，巡检人员可通过手机浏览带式输送机的温控状态，并可及时接收到报警。

4）装置具备快速更新状态功能，及时更新各装置状态。

2.4.2 控制功能

1）装置具有温度控制电磁阀开闭的功能：当带式输送机分区温度超过该分区温度上限值，或烟感信号持续报警10 s 以上时，监测系统控制会发出带式输送机紧急停运的信号，以就近停靠原则，待带式输送机事故点停到附近的电磁阀下方[8]。

2）温感探头再次监测确认事故点状态，确保不是误报警，自动打开该分区电动球阀，喷洒水瀑，当分区事故点温度低于该分区温度下限值时，自动关闭该分区电动球阀。

3）装置具有烟雾浓度控制电磁阀开闭的功能：当烟雾传感器再次检测到烟雾值超标时，输出高电平信号，控制对应电磁球阀打开，当未检测到烟雾时，输出低电平信号，电磁阀延时一段时间后关闭。

2.4.3 显示功能和软件功能

装置具有电磁阀状态显示功能，包括电磁阀开闭状态及通讯异常状态的显示，还具有温度显示功能，包括实时温度曲线、各分区的温度最大值、上限值和下限值的显示。

3 项目方案预期目标

1）通过对长距离输煤带式输送机火灾险情进行智能化监控，对带式输送机进行合理化监测设备配置，各节点通过感温光纤串联，远程室内监控，可及时预警带式输送机自燃点，降低带式输送机自燃现象的发生，把火灾事故自行控制在萌芽当中，有效减轻检修维护工作量及物资的投入，尤其对冬季运行安全有很大提高。

2）通过对带式输送机火灾险情进行智能化管控消除，减少了值班巡检工人数量，使人工成本得到降低，工作效率得到提高。

3）通过大数据的应用，使检修人员随时了解带式输送机的运行状态，对煤矿推广智能化生产手段、普及智能化知识、营造良好的科技氛围有一定的促进作用。

4）项目方案简单、新颖、实用，减少带式输送机停机时间，提高了长距离输煤带式输送机的运力，煤矿的本质安全，不仅适用于露天煤矿带式输送机，还适用于井下煤矿，港口煤炭运输等环境。

4 结语

通过对胜利一号露天矿长距离输煤带式输送机上方布置加装分布式光纤测温（DTS）自动报警灭火系统的研究，系统可实现快速甄别带式输送机上燃煤是否有自燃或自燃倾向，并能够及时自动处置火情，杜绝火灾隐患的发生。系统采用光纤串接智能化、敏感度高，系统设备简单无冗余设置，便于日常维护。系统能够减少带式输送机检修工人工作强度和处置难度，监测处置带式输送机机死角和检修工人不易到达的地方，减少安全隐患。有效提高冬季极寒露天矿区安全生产水平。