侯欣然，董憲偉，王福生

(河北聯(lián)合大學(xué)，河北 唐山 063009)

膠帶輸送機(jī)因其運(yùn)輸能力大，運(yùn)輸距離長(zhǎng)，機(jī)電事故率低、能耗小等優(yōu)點(diǎn)在煤礦井下得到了廣泛的應(yīng)用，但膠帶輸送機(jī)一般位于礦井的進(jìn)風(fēng)區(qū)，一旦發(fā)生火災(zāi)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，會(huì)造成巨大的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，國(guó)內(nèi)外均有較多的事故案例。

1.膠帶火災(zāi)發(fā)生的原因

為全面了解膠帶火災(zāi)發(fā)生的原因，筆者搜集了大量的事故案例和、文獻(xiàn)資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，先后去開(kāi)灤集團(tuán)的錢(qián)家營(yíng)礦、趙各莊礦、唐山礦等礦業(yè)公司收集資料和信息，通過(guò)對(duì)多起礦井膠帶火災(zāi)事故的分析，得出其發(fā)生的主要原因有以下幾點(diǎn):

1.1 摩擦升溫

摩擦升溫主要包括膠帶與滾筒、托輥軸承座、電纜、膠帶周?chē)母∶?、木材等之間的摩擦，在一定條件下，引起膠帶火災(zāi)。其中膠帶與滾筒間的摩擦，在膠帶與滾筒間有火花，而這些火花又能將灼熱的膠帶引燃這樣發(fā)生膠帶火災(zāi)的可能性比較大，因?yàn)榻?jīng)實(shí)驗(yàn)表明，平頂山礦務(wù)局、義烏礦務(wù)局和徐州礦務(wù)局都分別進(jìn)行了膠帶輸送機(jī)作業(yè)全過(guò)程打滑實(shí)驗(yàn)，直到膠帶被磨斷，膠帶都沒(méi)有發(fā)生明火燃燒。

1.2 其他原因

電氣設(shè)備發(fā)生短路或絕緣損壞等電氣故障產(chǎn)生的高溫和電火花引燃膠帶;膠帶機(jī)巷進(jìn)行的電氣焊產(chǎn)生的火花以及其他明火，比如扔掉的煙頭引起可燃物，進(jìn)而引發(fā)膠帶火災(zāi)。

2.膠帶火災(zāi)事故的主要危害

煤礦膠帶火災(zāi)是礦井外因火災(zāi)的一種，其發(fā)生突然且發(fā)展迅猛，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤筛哌_(dá)100m/h，如果不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)的話，往往會(huì)釀成大事故。膠帶火災(zāi)事故危害主要有以下幾點(diǎn):

2.1 產(chǎn)生大量高溫有毒有害煙霧

膠帶發(fā)生火災(zāi)后，隨著膠帶燃燒的加劇，產(chǎn)生大量HCl 和窒息性氣體CO、CO2 等，這些有毒有害氣體隨著新鮮風(fēng)流蔓延，可能波及很大的區(qū)域甚至全礦，這些氣體的含量往往超過(guò)了人體所能承受的最高值，造成人員中毒死亡。同時(shí)，膠帶燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣體溫度極高，在火源附近溫度往往超過(guò)1000℃，在離火源很遠(yuǎn)的區(qū)域，高溫?zé)熈饕哺哌_(dá)100℃，這些對(duì)井下工作人員造成了威脅。

2.2 引起煤塵、瓦斯爆炸

如果膠帶火災(zāi)發(fā)生在有煤塵、瓦斯危險(xiǎn)的礦井，可能更為危險(xiǎn)?；馂?zāi)有可能引發(fā)二次事故，即煤塵、瓦斯爆炸，甚至引起連環(huán)爆炸，造成更為慘重的事故。如果膠帶火災(zāi)發(fā)生在無(wú)瓦斯，或尚未出現(xiàn)過(guò)瓦斯的礦井，由于火災(zāi)發(fā)生后，使火源區(qū)附近的煤層高溫干餾，產(chǎn)生甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)和氫氣(H2)等爆炸氣體，從而發(fā)生引發(fā)爆炸事故。

2.3 產(chǎn)生火風(fēng)壓造成風(fēng)流逆轉(zhuǎn)

隨著膠帶火災(zāi)的發(fā)展，燃燒產(chǎn)物不斷增加，致使礦內(nèi)空氣溫度升高，氣體密度發(fā)生變化，形成浮力效應(yīng)和節(jié)流效應(yīng)，兩種效應(yīng)共同反抗機(jī)械風(fēng)壓的作用，造成井下某些巷道風(fēng)流方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)。風(fēng)流逆轉(zhuǎn)不但會(huì)使那些似乎安全的地點(diǎn)突然出現(xiàn)煙霧，使工作人員受到威脅，而且還可能將爆炸性氣體混入新鮮風(fēng)流中，如遇明火，或返回火區(qū)，引起爆炸，后果不堪設(shè)想。

3.預(yù)警技術(shù)

井下膠帶一旦著火，受風(fēng)流的影響，其產(chǎn)生的有毒有害氣體將蔓延至其他巷道，隨著火勢(shì)的增長(zhǎng)并產(chǎn)生火風(fēng)壓，造成風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，威脅整個(gè)礦井的工作人員和財(cái)產(chǎn)損失的安全，為此建立膠帶火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膠帶運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)異常情況及時(shí)采取合適控制措施，防止和減少膠帶火災(zāi)的發(fā)生。筆者經(jīng)過(guò)閱讀大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，將目前膠帶火災(zāi)的預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)進(jìn)行了歸納總結(jié):

早在20世紀(jì)60年代，人們就開(kāi)始研究膠帶火災(zāi)的監(jiān)控技術(shù)，主要進(jìn)行了溫度監(jiān)測(cè)、煙霧探測(cè)和CO監(jiān)測(cè)等。由于膠帶燃燒產(chǎn)物特殊性，為確保安全生產(chǎn)這些監(jiān)測(cè)方法必須同時(shí)使用。

1999年，徐景德、周心權(quán)通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明膠帶火災(zāi)早起報(bào)警應(yīng)在同一地點(diǎn)同時(shí)采用CO、煙霧兩套傳感器，且位置的確定應(yīng)考慮傳感器的報(bào)警限和實(shí)踐參數(shù)以及風(fēng)速等因素的影響。

2001年黃民、顧玉華等人設(shè)計(jì)了包括滾筒打滑監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)、托輥超溫監(jiān)測(cè)、環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)、信號(hào)變送電路和計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)在內(nèi)的用于膠帶機(jī)火災(zāi)在線監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和火源定位的實(shí)用系統(tǒng)，經(jīng)試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、性能可靠、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

2002年，張仿彥在《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在礦井膠帶火災(zāi)防治中的應(yīng)用》中介紹了河北邢臺(tái)煤礦應(yīng)用森透里昂監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下有害氣體進(jìn)行24 小時(shí)不間斷連續(xù)監(jiān)測(cè)井下個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)流、瓦斯、CO、煙霧機(jī)溫度等狀況，并隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過(guò)中心站監(jiān)測(cè)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)了地面控制井下報(bào)警斷電、膠帶巷防滅火。同年，孟峰，朱華平成功得將礦用本安型PLC 應(yīng)用在膠帶機(jī)火災(zāi)監(jiān)控中，并采用紅外探測(cè)原理檢測(cè)主滾筒的表面溫度，從而不受環(huán)境溫度的影響，準(zhǔn)確性較高。

2007年，郭建采用基于自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)對(duì)膠帶機(jī)火災(zāi)信號(hào)進(jìn)行處理，綜合考慮了溫度、溫度變化率、CO 濃度及CO 濃度變化率4 個(gè)參量，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能，為膠帶火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能化進(jìn)程打下了基礎(chǔ)。同年，韓瑩，趙國(guó)材等人綜合利用模糊控制理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，設(shè)計(jì)了智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，并將氣味傳感器應(yīng)用到膠帶火災(zāi)的監(jiān)測(cè)，提高了系統(tǒng)精度和環(huán)境適應(yīng)能力，減少誤報(bào)率。也是在同年，潘科，秦華禮等人成功將氣味傳感器應(yīng)用到膠帶火災(zāi)監(jiān)測(cè)，并研究了其在井下的布置方式，認(rèn)為氣味傳感去宜布置在氣味濃度較高的混合濃度區(qū)，并通過(guò)相似理論模擬得出其間距。

2012年，葉錦嬌設(shè)計(jì)了基于ZigBee 技術(shù)的膠帶機(jī)多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)不僅能準(zhǔn)確測(cè)量和顯示溫度，而且體積小、成本及功耗低、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高。

2013年，由于分布式光纖溫度傳感器具有抗電磁干擾、易于安裝、本質(zhì)安全、可連續(xù)遠(yuǎn)距離敷設(shè)等特點(diǎn)，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度場(chǎng)的空間連續(xù)分布的中受到重視，并將獲得廣泛應(yīng)用。

4.膠帶火災(zāi)預(yù)防措施

(1)使用阻燃膠帶輸送機(jī)。阻燃膠帶并不是不能燃燒，在使用時(shí)仍應(yīng)配足安全保護(hù)裝置，并安設(shè)消防水管、配備膠管、滅火器等消防器材。

(2)加強(qiáng)檢查和管理，確保其正常運(yùn)行和良好的運(yùn)行條件。

(3)采用適合于本礦井的膠帶火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前針對(duì)膠帶火災(zāi)的研究比較集中于膠帶燃燒特性及產(chǎn)物上，當(dāng)然這些基礎(chǔ)研究為膠帶火災(zāi)的預(yù)警技術(shù)提供了基礎(chǔ)依據(jù)，而隨著科技的進(jìn)步，人們的認(rèn)知水平不斷提高，發(fā)現(xiàn)過(guò)去的單一監(jiān)測(cè)并不能夠有效監(jiān)測(cè)膠帶火災(zāi)的發(fā)生，逐步從單一監(jiān)測(cè)變?yōu)槎嘣?、多角度的監(jiān)測(cè);由于井下膠帶巷大部分是進(jìn)風(fēng)巷，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)風(fēng)流的作用，使得燃燒生成的CO、煙流濃度和溫度受到很大的影響，易造成漏報(bào)和延報(bào)等現(xiàn)象，而氣味傳感器在一定程度上能彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，但膠帶燃燒的氣體產(chǎn)物始終會(huì)受到風(fēng)流的作用，使得其檢測(cè)數(shù)據(jù)仍有偏差，但在各研究學(xué)者的努力下，相信膠帶火災(zāi)預(yù)警技術(shù)始終會(huì)朝著抗干擾能力強(qiáng)、報(bào)警時(shí)間短、準(zhǔn)確度高、智能型、友好型不斷發(fā)展，為井下的生產(chǎn)提供安全環(huán)境。

［1］ 徐景德，周心權(quán).煤礦膠帶輸送機(jī)火災(zāi)早起報(bào)警技術(shù)的研究［J］.煤礦安全，1999.

［2］ 黃民，顧玉華，魏任之.礦用膠帶輸送機(jī)火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2002.

［3］ 張仿彥.煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在礦井膠帶火災(zāi)防治中的應(yīng)用［J］.煤礦開(kāi)采，2002.

［4］ 孟峰，朱華平.膠帶輸送機(jī)火災(zāi)監(jiān)控與自動(dòng)滅火裝置的設(shè)計(jì)［J］.工礦自動(dòng)化，2002.

［5］ 郭鍵.一種模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在礦井膠帶機(jī)火災(zāi)探測(cè)中的應(yīng)用［J］.蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)2007.

［6］ 韓瑩，趙國(guó)材，李琨.煤礦井下帶式輸送機(jī)智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)［J］.煤礦機(jī)電，2007.