带式输送机火灾预警及自动灭火系统的设计及应用

李京泽

（山西国辰建设工程勘察设计有限公司，山西 阳泉 045000）

0 引 言

煤矿带式输送机是煤矿井下生产的常用设备。但在运输皮带正常运行过程中，若因皮带受卡，或皮带机滚筒、托辊因机械原因不转动或转速较慢时，皮带与滚筒、托辊可能产生摩擦起火；输送带与托辊之间若出现打滑，也可能产生摩擦升温，如不能及时发现，温度升至输送带点燃温度将会导致皮带机冒烟起火；另外，皮带机驱动部分在长时间运行过程中，电机和主滚筒之间的液压联轴节的过热保护不良等情况也可能导致火灾事故的发生。带式输送机一旦起火，产生的烟雾、一氧化碳等有害气体随进风流进入井下作业地点，威胁人员的生命安全。

山西省《全省煤矿智能化建设基本要求及评定方法》 《智能化示范煤矿验收管理办法》 《煤矿防灭火细则》均对带式输送机自动灭火系统提出了建设要求。

华阳一矿北翼第一部带式输送机运煤路线较长，为了保证生产安全，设计研究了一套火灾预警及自动灭火系统，并根据该条带式输送机的具体情况，对于不同区域进行针对性处理。

1 概 况

华阳一矿井下主运输系统由北翼主运输系统及西大巷主运输系统组成，主运输设备具备运量、带速、温度、跑偏、撕裂等智能监测、预警与保护功能。其中北翼主运输系统情况如下。

（1） 回采工作面—十二/十三/十四采区带式输送机—采区煤仓（给煤机） —第五部带式输送机—煤仓（给煤机） —第四部带式输送机—第三部带式输送机—第二部带式输送机—第一部带式输送机—北翼煤仓（给煤机） —1 号主斜井强力带式输送机—地面工业场地。

（2） 回采工作面—十二/十三/十四采区带式输送机—采区煤仓（给煤机） —第五部带式输送机—煤仓（给煤机） —第四部带式输送机—第三部带式输送机—第二部带式输送机—第一部带式输送机—配仓带式输送机—北翼新煤仓（给煤机） —2号主斜井强力带式输送机—地面工业场地。

北翼第一部带式输送机作为北翼头部皮带，在北翼主运输系统中起到关键作用。

北翼第一部带式输送机技术参数见表1。

表1 部分技术性能参数Table 1 Technical performance parameters

2 火灾预警及自动灭火系统

根据北翼第一部带式输送机巷道和设备具体情况，设计的火灾预警及自动灭火系统主要由消防工作站、工业环网（直接利用华阳一矿自有网络）、光纤测温预警系统、皮带机头自动灭火系统、皮带巷沿线自动灭火系统等组成，如图1 所示。

图1 北翼第一部带式输送机火灾预警及自动灭火系统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

根据华阳一矿实际情况，消防工作站设置在调度中心，在工作站内可通过消防系统管理软件对所有设备进行远程监控。结合矿方情况，该矿现有的工业环网可以设置消防专用的VLAN，并且网络带宽也满足系统设计要求，因此综合考虑经济效益问题，此次设计调度中心消防工作站直接利用该矿现有的工业环网进行井下设备通讯，不再设置专用的工业网络。

2.2 光纤测温预警系统

光纤测温预警系统选用KJ845-Z 矿用隔爆型光纤测温主机，在运输皮带沿线布置感温光缆，监测输送皮带滚筒、托辊、电机和巷道环境温度。根据光缆探测到的温度及温度的变化对整个巷道内的火灾情况进行分析和处理，实现火情的预测及预警。

此次选用的KJ845-Z 型光纤测温主机处理器采用分布式温度系统，集光、机、电、计算机、光纤光缆和弱信号检测等技术为一体，在温度在线监测报警和渗漏监测等方面广泛应用。该主机可以连续测量、准确定位整条传感光纤或光缆所在空间的温度，适合对长度较长的带式输送机进行监测，而且光纤具有不带电、抗射频和电磁干扰、防燃、防爆、抗腐蚀、耐高温和使用寿命长、能在有害环境中安全运行等优点，可以适应煤矿井下恶劣的工作环境，满足设计要求。

2.3 机头自动灭火系统

皮带机头、机尾处为消防重点防范区域。根据北翼第一部带式输送机巷道情况和带式输送机型号，皮带机头灭火系统采用超细干粉灭火方式，由ZFM30/40-Z 矿用区域自动灭火装置主机、KDW660/12B 矿用隔爆兼本安型直流稳压电源、CXH4 矿用本质安全型操作箱、GQQ5 矿用本安型烟雾传感器、GHH5 矿用本安型灭火装置用火焰传感器、 KXB12 矿用本安型声光报警器、ZFM30/40-CD 矿用本安型出口指示灯、ZFM30/40-FD 矿用本安型喷洒指示灯、FZX-ATC18/1.5-BS 悬挂式超细干粉灭火器等设备组成，如图2 所示。

图2 机头部分灭火设备示意Fig.2 Head part fire extinguishing equipment schematic

根据相关规范和矿方要求，设计的系统在接收到第一次异常信号时（包括防护区域内设置的烟雾传感器、火焰传感器及光纤测温主机的超温信号），启动设置在机头、机尾处的火灾声光报警器，并点亮疏散指示灯，报警器发出语音，疏散现场人员，开始60 s 倒计时。系统接收第一次异常信号后的30 s 内，若未接收到第二个异常信号（包括同一防护区域内的其他烟雾探测器、火焰探测器及光纤测温主机相邻测点超温信号），则取消火灾警报；若接收到第二个信号，则系统确认火情真实存在，继续之前的60 s 倒计时，在倒计时结束后启动自动灭火装置，并点亮该防护区外的喷洒指示灯。

2.4 巷道沿线自动灭火系统

根据北翼第一部带式输送机巷道情况和带式输送机型号，运输皮带沿线自动灭火系统采用喷淋灭火方式，由CXH4 矿用本质安全型操作箱、GQQ5矿用本安型烟雾传感器、DFB15/4 矿用隔爆型电磁阀、GTH1000 矿用一氧化碳传感器和消防管道等组成，如图3 所示。

图3 巷道沿线部分灭火设备示意Fig.3 Some fire extinguishing equipment along the roadway

根据现场实际情况，巷道沿线每100 m 为1 个防火分区，采用消防水管喷淋的方式灭火。每个防火分区布置1 台矿用本安型操作箱做为控制设备，使用烟雾传感器结合光纤测温系统的温度数据进行火灾探测。火情探测与警报流程与机头自动灭火系统大致相同，不再赘述。除自动灭火外，每个分区操作箱亦可对该分区进行人工手动操作洒水喷淋灭火或降尘。

2.5 软件管理

装置内的PLC 对所有异常状态进行记录并实时上传至监控主机，主机系统配套的监控管理软件，可以在调度室远程管理各防火区的消防设备，随时监控设备运行状态。人机界面采用图形和动画结合的方式进行展示，可以直观看到所有设备的运行状态并和现场情况同步变化，如图4 所示。发生火情时，远程工作站上第一时间就能看到报警信息，并进行记录以供后期追溯。该软件可以与华阳一矿现有的煤矿智能化管理平台对接，便于矿方对自动灭火系统的统一调度和管理。

图4 火灾预警及自动灭火系统软件界面Fig.4 Fire warning and automatic fire extinguishing system software interface

3 现场施工应用

按照设计方案灭火要求，在皮带机头电机部位布置火焰传感器，整部皮带全段铺设测温光纤，布置烟雾传感器，机尾安装一氧化碳传感器进行火情探测，使用干粉灭火器和喷淋管路进行灭火处理。

（1） 光纤测温主机布置在皮带机头合适位置。测温光缆沿井筒从皮带机头到达皮带机尾，分别监测相应区域的输送皮带温度。探测光缆沿皮带机承载托辊两端进行铺设，使系统可以精确定位到单组托辊位置，从而对承载托辊轴承温度进行实时监测。

（2） 在机头驱动电机位置及上方安装火焰传感器，在皮带沿线上方顶部正中上方按照设计分区安装烟雾传感器，均匀分布，在皮带机尾安装一氧化碳传感器。

（3） 在机头驱动部位上方接干粉灭火器，皮带沿线上方接喷淋装置，并与灭火装置主机连接，进行灭火防护。

（4） 压力传感器安装于灭火器或喷淋装置供水管路前端，用于监测灭火器或喷淋管路压力，以确保在火情发生时能够正常灭火。

（5） 声光报警器安装于机头墙面1.8 m 高度，发生火情时发出消防报警声。

（6） 操作箱沿井筒方向按分区进行布置安设，靠墙面一侧约1.5 m 高度。

（7） 出口指示灯安装于井筒出口方向合适位置。

（8） 放气（喷洒） 指示灯安装于井筒入口方向合适位置。

（9） 装置主机安装于皮带机头位置墙面合适位置，距地面合适高度。

（10） 隔爆兼本安型直流稳压电源安装于装置主机附近地面，AC660V/380V/220V/127V 交流电压均可为装置提供输入电压。

（11） 工控机安装于调度室对系统进行实时监控。

4 结 语

设计的带式输送机火灾预警及自动灭火系统在华阳一矿北翼第一部带式输送机安装调试后，进行了为期6 个月的试运行。在试运行阶段，系统与华阳一矿现有工业环网和智能化管理平台兼容性良好，未出现严重的断网或系统异常，可以实时有效监控带式输送机各机构的情况；在多次模拟设备温度异常升高、皮带沿线有烟雾等事故时，系统可以快速准确识别事故情况并报警，可以按照预设的程序启动自动灭火装置，应用效果良好。