自动报警与灭火控制装置在华安煤矿主斜井皮带应用

秦鹏 李栋梁

一、概况

《煤矿安全规程》2022第145条规定：箕斗提升井或者装有带式输送机的井筒兼作风井使用时，必须遵守下列规定：……（二）箕斗提升井或者装有带式输送机的井筒兼作进风井时，箕斗提升井筒中的风速不得超过6m/s、装有带式输送机的井筒中的风速不得超过4m/s，并有防尘措施。装有带式输送机的井筒中必须装设自动报警灭火装置、敷设消防管路。《煤矿防灭火细则》第35条规定：装有带式输送机的井筒兼作进风井时，井筒中必须装设自动报警与自动灭火装置，敷设消防管路。《煤炭矿井设计防火规范》GB 51078-2015 5.2.规定电缆密集场所和主要带式输送机，宜设置具有实时温度监测功能的线型光纤感温火灾探测系统。结合新疆华安矿业股份有限公司华安煤矿主斜井现状，安设自动报警与灭火控制装置。

二、系统设计原则

根据矿井实际本着符合标准、安全、可靠、灵活实用、便于维护并节省投资的原则以及在保持必要的技术先进性和满足生产、安全管理要求的前提下，保证建成后的系统技术先进、运行稳定可靠、维护操作方便简单、投资经济有效的要求，降低总体投资，求得先进性与经济性的完美统一。整体方案设计遵循以下设计原则：

（1）先进性

使用先进的技术设计，核心采用信息化技术，使用TCP/IP协议。全面满足“性能可靠、快捷高效”作为一个系统的基本要求。系统具有充分的扩展能力。软件为[监控服务器-应用/数据库服务器-监控客户端]的三层架构设计，可接入多台测温主机和数百个电动球阀，同时对数十条运输皮带、多个硐室、变电所等进行防灭火监控。尽最大可能在规模上满足将来相当长的时间内的扩充需要。注重技术性能上的前瞻性。要确保系统在未来较长的年限内充分发挥功能，为煤矿的皮带防灭火提供可靠的保障。

（2）可靠性

严格遵循国际国内有关标准，充分考虑技术和设备的成熟性。采取模块化构造和控制方式，从系统设计的结构形式和控制方式的角度来提高系统整体的可靠性。充分考虑系统自身运行的安全、信息传递的安全和保密性，确保有关数据的安全。

（3）开放性

在系统设计和设备选型上采用开放的技术标准，避免系统互联或扩展的障碍。采用标准化的设计，选择标准化的产品，便于备件储备和互换。充分考虑系统及其设备的兼容性。系统和设备在横向上具备广泛的兼容性，便于广泛利用先进的技术和设备进行系统扩充和升级。

（4）易操作性

只有方便的系统才是实用的系统，才能提高工作效率，实现系统的功能目标，降低人力成本和维护成本。考虑了如下几点：在确保系统高性能、高质量的基础上，在系统结构上采用方便性设计，在设备选型上选择操作简便的设备，着重系统的智能化和自动化。系统及其设备要易学易用，真正做到学用方便、使用方便、维护方便。一般管理人员经过简单培训，即可上岗值班，操作、复核和处理各种情况和事件。

（5）稳定性

科学合理，全面综合评估该系统的地位、影响、功能、安全要求等诸多因素，排除与之显著冲突的设计和设备，以量体裁衣的方式做出针对性的系统设计和设备选型。

三、设计方案

（1）设计原理

根据煤矿的实际工况条件及灭火需求，采用具有整套煤安证的“ZMK127井筒用报警灭火控制装置”，上位机软件已取得国家版权局颁发的计算机软件著作权证书。ZMK127井筒用报警灭火控制装置由三部分组成：

一是传感控制层，采用ZWX4-Z矿用隔爆兼本安型光纤测温主机和双通道测温光纤检测整条皮带温度，采用GQQ5煤矿用烟雾传感器对井筒内各类火灾隐患产生的烟雾进行实时监测，采用GTH1000（A）煤矿用一氧化碳传感器对井筒内的一氧化碳浓度进行实时监测。而DFH20/7（A）矿用本安型电动球阀则能根据实时温控和烟控自动进行洒水（喷洒超细干粉）灭火。

二是传输层，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。

三是应用层，井筒用报警灭火控制装置软件，分析整个井筒温度分布，控制温度超限区域的电动球阀自动洒水（喷洒超细干粉）灭火。

（2） 火灾预警

火灾预警由ZWX4-Z光纤测温主机和测温光缆组成，分布式光纤测温是一种实时、在线、连续的温度测量技术，可以提供井筒内皮带的0.5米精度内的温度分布并定位报警位置。

根据煤矿情况，分布式光纤测温主机放置在机头附近（方便接入矿用环网的位置），测温光缆从光纤测温主机处开始沿主斜井皮带两侧铺设2路，每路光缆长度1000米（皮带长度800米），主要对主斜井皮带火灾隐患点进行无盲区全覆盖监测。分布式光纤测温监控软件上对主斜井进行分区监测，每个分区设置一个温度报警值，若其中某个分区温度测量值超过设定报警值，则联动皮带机停机（选用），同时该分区报警状态会显示在监控软件上，可通过软件快速定位報警位置，同时光纤测温主机会输出一个高电平信号控制声光报警器动作，提醒附近人员注意查看故障并及时排除问题。

（3）自动灭火装置

自动灭火装置采用一体化电动球阀，使用本安电源，带485通讯接口，集合控制和洒水，灭火效果佳。就近从消防水管取水，节约成本。

井筒沿线每隔约50米布置一套灭火装置控制洒水灭火，共布置17套灭火装置；每套灭火装置包含一台本安型电动球阀、一台矿用隔爆兼本安型直流稳压电源、一台矿用本安型指示灯、一个烟雾传感器和一套喷淋管路。机头处布置一套灭火装置控制喷洒超细干粉灭火，包含一台本安型电动球阀、一台矿用隔爆兼本安型直流稳压电源、一台矿用本安型指示灯、一个烟雾传感器和一套超细干粉灭火装置。机尾处布置一台一氧化碳传感器，检测井筒内一氧化碳浓度。电动球阀经485总线并接、信号转换后接入网络交换机。上位机监控软件为井筒用报警灭火控制装置监控软件，通过该监控软件可实时查看各装置球阀的编号、开/关状态等信息，同时也能直接控制球阀动作，修改参数等功能。

（4）系统联动

电脑终端放置在地面调度室或井口集控室，测温主机和网络交换机放置于机头附近（方便接入矿用环网的位置），电脑终端和网络交换机之间通过矿用环网连接。井筒用报警灭火控制装置软件安装于电脑终端上，共设置18个分区，可实时通过分布式光纤测温主机和测温光缆获得整个井筒内的温度分布，并绘出动态温度曲线，分析每个分区的最高温度值，若某个分区温度超过报警值，分区报警状态会显示在监控界面上，快速定位报警位置，自动打开对应位置的前后两个DFH20/7（A）矿用本安型电动球阀，进行洒水灭火并形成水幕隔断，当获取的实时温度低于下限温度，控制关闭球阀；机头处只打开对应的电动球阀进行喷洒超细干粉灭火。当烟雾传感器检测到烟雾时，延时t3（0-9999s可调）后打开对应的DFH20/7（A）矿用本安型电动球阀，进行洒水灭火，若t3时间内报警信号消失，则取消报警并重置倒计时，当没有检测到烟雾时，延时一段时间t1（0-9999s可调）后关闭球阀。

四、总结

该系统的运用有效实现了主斜井皮带出现自然发火隐患时的报警与灭火功能为后续矿井皮带初期火灾报警与处理提供了技术支持。