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感温探测灭火装置在梅花井煤矿运输系统中的应用研究

姚 荣 刘小明 张杰文

(国家能源集团宁夏煤业有限责任公司梅花井煤矿,宁夏回族自治区银川市,750408)

摘 要 针对梅花井煤矿运输系统中带式输送机数量多、布置复杂、易发生火灾等问题,研发制造了一种感温探测灭火装置,详细介绍了感温探测灭火装置的结构组成及工作原理。通过运输系统沿线布置感温火灾探测电缆,对各部位温度进行监测,并通过控制器接收电缆反馈的信号,控制运输系统上方的喷淋灭火装置进行喷淋灭火或降温,以防止火灾发生。现场应用表明,该装置能够有效防范和控制火灾发生,提高运输系统的安全性。

关键词 感温探测 灭火装置 运输系统 实时监控 远程监控

Application study on temperature detection fire extinguishing apparatus in transportation system in Meihuajing Coal Mine

Yao Rong,Liu Xiaoming,Zhang Jiewen
(Meihuajing Coal Mine,China Energy Ningxia Coal Industry Co.,Ltd.,Yinchuan,Ningxia 750408,China)

Abstract In terms of the issues of large number of belt conveyors,complex arrangement and large fire tendency in transport system in Meihujing Coal Mine,a kind of temperature detection fire extinguishing apparatus was put forward,and its structural composition and operation principle were introduced in detail.Temperature sensing fire detection cables were arranged along the transportation system to monitor the temperature of each part,and the controller received the signal from the cable feedback to control the sprinkler fire extinguishing apparatus above the transportation system to spray or cool down to prevent fire.Field application showed that the apparatus could effectively prevent and control fire and improve the safety of transportation system.

Key words transportation system,fire extinguishing apparatus,transportation system,real-time monitoring,remote monitoring

随着国家能源集团宁夏煤业有限责任公司梅花井煤矿(以下简称“梅花井煤矿”)开拓深度的不断增加,主井运输系统长度不断延伸,设备数量也逐步增多,运输系统自动化程度明显提升,但是设备维护工作量也大大增加,当出现设备着火等情况时,作业人员难以第一时间进行有效处理,造成严重后果。

带式输送机作为煤矿重要的运输设备,在运行过程中配件间的摩擦容易产生大量热量,尤其当出现轴承损坏、机械卡堵、滚筒及托辊破损等情况时,局部温度会急剧升高,致使液压胶管、电缆外皮以及胶带燃烧,从而引发火灾。电气设备在运行过程中发生故障也会产生大量热量,当热量集聚到一定程度而设备表面存在的大量煤尘致使热量无法及时散发时,高温会引起设备易燃部位燃烧,从而引发火灾。基于此,亟需研究远程监控和灭火装置,用以实现运输系统的远程探测和远程灭火。

1 梅花井煤矿运输系统现状

梅花井煤矿选用带式输送机作为主运输设备,主运输井带式输送机全长1.8 km,共4个驱动部,每个驱动部电机功率均为1850 k W,带式输送机与多个煤仓、工作面通过带式输送机搭接,由于存在结构复杂、安装巷道坡度大、运输距离长以及空间限制等不利因素,一旦发生火灾,将会导致多部设备损坏,严重影响工作面的正常出煤。

目前,梅花井煤矿主要采用人工巡视的方式对主井运输系统进行巡查,由于运输系统较长且巡视人员数量有限,无法对系统进行实时监测,同时带式输送机部分部位是封闭的,人员无法及时发现火灾隐患,即使发现隐患后也无法及时进行处理,导致运输系统发生火灾,严重影响设备的正常运行以及矿井的安全生产。

2 感温探测灭火装置研制

感温探测灭火装置是将一种新型感温电缆与灭火喷淋装置相结合的新式灭火装置,可应用于空间狭小、传统防灭火装置不便于安装的多种场合环境中[1-2]

2.1 组成结构

感温探测灭火装置主要由感温探测部位、灭火部位以及与矿井安全监测系统连接部位等组成。感温探测灭火装置组成结构如图1所示。

图1 感温探测灭火装置组成结构

(1)感温探测部分。该部分主要利用感温火灾探测电缆,对带式输送机沿线温度变化情况进行监测,通过对监测数据分析,判断带式输送机沿线是否发生火灾,可向监测系统控制器发送信息[3-5]

(2)灭火部分。该部分主要利用喷淋灭火方式,由控制器控制电磁阀实现喷淋的启停,控制器可接受监测系统发送的信息。

(3)矿井安全监测系统。该系统可对感温探测部分发送的信息进行分析处理,并控制灭火部分进行喷淋灭火,同时还能够将信息及时反馈至地面调度控制台,与供风、供水系统等实现联动。

2.2 感温探测工作原理

感温探测装置主要使用了一种煤矿专用的感温火灾探测电缆,电缆主要由内部导线与外部热敏材料组成,内部导线为覆铜导线与铜镍合金导线,2根导线绝缘并缠绕在一起,相互之间产生弹力,分别用热敏聚合物包裹,再使用保护层将2根电缆包裹,最外面为氟聚合物保护套,2根导线间安装终端电阻,防止电缆发生短路。热敏材料指热敏聚合物,在一定温度范围内其外观或某种外在性能会发生明显变化。感温探测电缆组成结构如图2所示,感温探测电缆工作原理如图3所示。

图2 感温探测电缆组成结构

图3 感温探测电缆工作原理

感温探测电缆在作业过程中,一旦发生外部因素导致电缆内部热敏材料受损,2根导线接触,则出现误报警,通过利用热电偶原理能够有效防止这种情况发生。热电偶工作原理如图4所示。

防止误报警主要利用导线回路中内部导线材料不同发生热电偶效应,当导线受损,内部导线接触,接触点2根导线温度不同时,温差产生电压,通过电压可测量出该点温度。因此,感温探测装置中探测电缆一旦因受热或外部因素发生短路,导至2根不同材料的内部导线发生热电偶效应,控制器中的探测模块测量短路点的温度,温度低于设定值时,系统显示发生短路故障,温度高于设定值时,系统发出声光报警。

图4 热电偶工作原理

2.3 灭火装置工作原理

感温探测灭火装置主要采取向带式输送机起火以及有起火趋势部位喷淋灭火液体的方式进行灭火和火灾预防。液体通过管路布置在带式输送机上方,由电磁阀控制喷淋的启停,当电缆探测到温度后及时将信息传输至控制器,控制器根据最终判断结果后向声光报警器发送信号,同时灭火装置电磁阀动作,喷淋管道内的液体沿喷嘴喷出,实现运输系统整体或局部集中灭火,同时实现火灾预防。感温探测灭火装置工作流程如图5所示。

图5 感温探测灭火装置工作流程

3 感温探测灭火装置布置方式

感温探测灭火装置由多个单元组成,每个单元由1个控制器、1根探测电缆、1个末端电阻、1个电磁阀、1组喷淋装置组成,多个单元呈并联方式同时作业,可与矿井安全监测系统连接,将监测结果实时传输至地面控制台。感温探测灭火装置连接方式如图6所示。

图6 感温探测灭火装置连接方式

3.1 探测电缆布置

感温探测灭火装置每个单元的探测电缆长度为600 m,根据带式输送机结构特点可采用多种布置方式,常见的布置方式有单线式、双线式和波浪式。

(1)单线式布置。该布置方式是在带式输送机一侧机架沿走向布置探测电缆,该种方式只能及时反馈电缆布置侧的火灾情况,非布置侧无法及时反馈信息,一旦发生着火,可能会导致火势扩大。

(2)双线式布置。该布置方式是在带式输送机两侧机架都沿走向布置探测电缆,该种方式能够及时反馈带式输送机两侧的火灾情况,及时发现火灾并进行灭火,监测效果较好。

(3)波浪式布置。该布置方式是将探测电缆沿带式输送机机架走向从左右两侧呈波浪式布置,该种方式探测面积大,但电缆铺设位置较低,电缆上方部位着火情况不宜被探测到,同时电缆布置在上下胶带之间容易被损坏,探测装置使用寿命较短。

通过3种探测电缆布置方式对比,结合梅花井煤矿运输系统结构特点,选用单线式布置方式,安装过程中相邻单元的探测电缆安装至带式输送机机架两侧,能够提高探测效果。

3.2 喷淋管道布置

喷淋管道安装在带式输送机正上方,采用支架安装与吊挂安装2种安装方式。支架安装是根据现场情况,在带式输送机机身安装支架,将喷淋管道安装至支架上;吊挂安装是在巷道顶板安装连接杆,将喷淋管道固定安装。考虑到喷淋管道安装效率及作业过程中的安全性,选用支架安装方式。喷淋管道安装方式如图7所示。

喷嘴的喷淋面积直径为2 m,喷淋液体压力为1.6 MPa,喷嘴间距为1.8 m,相邻喷嘴喷淋交叉处喷淋宽度可将带式输送机覆盖,满足喷淋灭火要求。

图7 喷淋管道安装方式

4 现场应用情况

梅花井煤矿主井运输系统全长1.8 km,使用3个探测单元进行火灾感温探测,3个探测单元呈左-右-左的方式沿主井带式输送机布置,控制器悬空安装在巷道帮部,各控制器通过输入模块与矿井安全监测系统连接。喷淋管道采用支架安装方式,感温探测装置现场布置如图8所示。

图8 感温探测装置现场布置

通过现场喷淋试验,对喷淋管道安装支架的高度进行调整,使喷嘴喷出雾状液体能够覆盖带式输送机各部位,同时使用单线式交叉安装能够提高监测范围,较双线式节省了电缆长度,较波浪式能有效的保护电缆避免发生外力损坏,提高了监测的准确度。

现场试运行时发现,带式输送机在运行过程中速度较快,当某个部位发生火灾时,存在2种情况:一是起火部位位于某一监测单元的首端或中端时,喷淋装置在该部位运行出该监测单元范围之前进行灭火;二是起火部位位于某一监测单元的末端时,喷淋装置启动后,该部位已经运行出该单元,无法进行有效灭火。因此,对系统进行优化设计,将监测单元与相邻的下一个监测单元设置为联动,这样能够有效地防止着火点转出喷淋范围而无法进行有效灭火的情况。

5 结语

感温探测灭火装置将感温电缆与喷淋装置相结合,并通过控制器进行控制,实现了煤矿井下原煤主运输系统火灾的监测和灭火,能够有效防止火灾的发生及扩大。现场应用表明,该装置具有以下优点:

(1)感温电缆代替原有传感器及视频监测的方式进行主运输系统火灾监测,减少了设备及电缆数量,提高了布置安装速度;

(2)装置结构组成简单,占用空间小,不影响设备的正常运行;

(3)感温电缆能够自行辨别火灾与外力损坏电缆,有效防止了喷淋装置误动作的情况,同时降低了检修人员的劳动强度;

(4)喷淋管道通过控制器控制,可自动喷淋灭火,提高了灭火速度,在火灾初期便可迅速进行灭火,有效防止了火灾蔓延;

(5)感温探测灭火装置可与矿井安全监测系统进行连接,能够实现全方位、实时监测,为建设智慧矿山奠定了基础。

参考文献:

[1] 朱娜.狭长空间光纤测温火灾监控系统设计[J].船海工程,2018(6),133-135.

[2] 白伟丽,陈健.线型光纤感温火灾探测监控系统的研究与设计[J].广东工业大学学报,2016(6),44-48.

[3] 杨栋.分布式光纤测温探测器对电缆桥架火灾探测的应用研究[A].2015中国消防协会科学技术年会论文集[C],2015(10).

[4] 王献,石晓龙,杨晓娟,等.光纤光栅感温火灾探测系统在隧道风作用下的温度响应[J].城市轨道交通研究,2015(4),75-77.

[5] 刘苏敏,刘辉,姚斌,等.光纤光栅感温火灾探测系统在地铁区间隧道中的应用[J].城市轨道交通研究,2012(9),49-52.

中图分类号 TD528

文献标识码 A

引用格式:姚荣,刘小明,张杰文.感温探测灭火装置在梅花井煤矿运输系统中的应用研究[J].中国煤炭,2019,45(9):54-57.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2020.09.008

Yao Rong,Liu Xiaoming,Zhang Jiewen.Application study on temperature detection fire extinguishing apparatus in transportation system in Meihuajing Coal Mine[J].China Coal,2020,46(9):54-57.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2020.09.008

作者简介:姚荣(1988-),男,宁夏中卫人,硕士,工程师,现任职于国家能源集团宁夏煤业公司梅花井煤矿,主要从事煤矿设备管理工作。E-mail:yaorongka@163.com。

(责任编辑 路 强)