陳思浩(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)挖金灣煤業(yè)公司,山西大同037000)

1 前言

隨著煤炭開采范圍的不斷增加,帶式輸送機(jī)鋪設(shè)長度、距離等不斷延伸[1]。帶式輸送機(jī)的不斷鋪設(shè)雖然可提升井下煤炭運(yùn)輸效率,但是也存在設(shè)備維護(hù)工程量增加問題。帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障(如軸承損壞、托輥卡堵等)時(shí)容易發(fā)熱,造成局部溫度升高,當(dāng)熱量聚集到一定程度時(shí)甚至?xí)鹪O(shè)備燃燒,從而引起火災(zāi)事故,傳統(tǒng)的人工巡檢方式難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)上述隱患[2-3]。因此,文中提出將感溫探測防滅火系統(tǒng)應(yīng)用到井下帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)中,以期能提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行安全保證能力。

2 礦井運(yùn)輸系統(tǒng)概況

山西挖金灣礦的主要運(yùn)輸方式是斜井開拓、帶式輸送機(jī),其中主斜井運(yùn)輸巷采用的帶式輸送機(jī)運(yùn)輸距離達(dá)到1 860 m,采用4 臺電動機(jī)驅(qū)動,單臺電動機(jī)功率1 150 kW。主斜井運(yùn)輸巷內(nèi)的帶式輸送機(jī)與多個(gè)采區(qū)、煤倉輸送機(jī)搭接,是井下煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ馈Ｊ苤餍本\(yùn)輸巷坡度變化大、運(yùn)輸距離長、運(yùn)輸量大以及空間狹小等因素影響,帶式輸送機(jī)在使用過程中難以避免會出現(xiàn)故障,當(dāng)出現(xiàn)局部火災(zāi)時(shí)會影響多個(gè)設(shè)備運(yùn)行,嚴(yán)重影響煤礦正常生產(chǎn)。

現(xiàn)階段礦井運(yùn)輸系統(tǒng)巡檢仍采用傳統(tǒng)的人工巡檢方式,受到帶式輸送機(jī)運(yùn)輸距離長、巡檢人員少等因素限制,無法實(shí)時(shí)對帶式輸送機(jī)進(jìn)行巡檢加之輸送機(jī)部分位置處于封閉狀態(tài),導(dǎo)致巡檢人員無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患,特別是火災(zāi)隱患,從而導(dǎo)致事故擴(kuò)大。

3 感溫探測防滅火系統(tǒng)概述

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

感溫探測防滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括感溫探測部分、滅火部分以及與礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)連接部分等,具體結(jié)構(gòu)如圖1所示[4]。

圖1 感溫探測防滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1)感溫探測部分

該部分主要通過感溫光纖實(shí)時(shí)監(jiān)測帶式輸送機(jī)沿線溫度變化情,并對溫度監(jiān)測結(jié)果傳輸給礦井安全監(jiān)測系統(tǒng),通過對監(jiān)測溫度進(jìn)行研判,從而判定帶式輸送沿線是否出現(xiàn)火災(zāi)。

2)滅火部分

煤礦井下存在有壓水系統(tǒng),為了簡化滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu),滅火采用噴淋方式。滅火部分噴淋噴頭啟閉采用電磁閥控制,電磁閥運(yùn)行則受控制器控制?？刂破鲃t依據(jù)礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)指令工作。

3)安全監(jiān)測系統(tǒng)

礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)可對感溫探測部分獲取到的溫度信息進(jìn)行分析、研判,當(dāng)判定某一位置存在的火災(zāi)危險(xiǎn)時(shí)則控制滅火部分部分噴頭噴水滅火。并將控制信息傳輸至地面調(diào)度中心,與壓風(fēng)、壓水以及通風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)動[5-6]。

3.2 感溫探測部分組成及現(xiàn)場布置

感溫探測部分主要包括感溫光纖、控制機(jī)等,感溫光纖用以溫度監(jiān)測,控制機(jī)用以光纖信號分析?？刂茩C(jī)可通過以太網(wǎng)接口、RS485/232、CAN 等通信方式與礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。具體感溫探測部分技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 感溫探測部分技術(shù)指標(biāo)

1)感溫光纖結(jié)構(gòu)組成

礦井選用感溫光纖為多模光纖,規(guī)格分別為50/125 μm、62.5/150 μm,并通過鎧裝護(hù)套保護(hù)感溫光纖,具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。在感溫光纖外側(cè)依次為鎧裝護(hù)套、不銹鋼軟管、鋼絲以及阻燃PVC 保護(hù)層。采用的感溫光纖對溫度變化敏感,具有抗拉能力強(qiáng)、耐高溫、耐阻燃等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 光纖結(jié)構(gòu)

2)感溫光纖鋪設(shè)方式

根據(jù)感溫光纖結(jié)構(gòu)以及帶式輸送機(jī)運(yùn)輸特點(diǎn),可將感溫光纖鋪設(shè)方式分為單線式、雙線式以及多線式等幾種類型。單線布置方法是在輸送機(jī)一側(cè)布置感溫光纖,該種布置方式僅能反饋光纖布置一側(cè)溫度變化情況,當(dāng)非布置側(cè)出現(xiàn)火災(zāi)征兆時(shí)則無法及時(shí)獲取,可能導(dǎo)致火災(zāi)影響擴(kuò)大;雙線布置方式是在帶式輸送機(jī)兩側(cè)均布置,從而可及時(shí)探測輸送機(jī)兩側(cè)火災(zāi)情況,發(fā)現(xiàn)有火災(zāi)隱患后及時(shí)進(jìn)行滅火,但是卻無法對帶式輸送機(jī)底部位置進(jìn)行探測;多線布置方式是在帶式輸送機(jī)周邊均布置感溫光纖,從而全斷面的構(gòu)建火災(zāi)隱患探測點(diǎn)[7]。

經(jīng)過上述分析,并結(jié)合礦井帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況,最終感溫光纖鋪設(shè)選用多線布置方式,具體布置位置如圖3所示。將感溫光纖分別在皮帶輸送機(jī)下托輥、上部兩側(cè)托輥下方布置,從而實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)高溫產(chǎn)生點(diǎn)的全方面覆蓋。

圖3 光纖鋪設(shè)位置

3.3 滅火部分組成及現(xiàn)場布置

1)結(jié)構(gòu)組成及工作原理

滅火裝置主要通過向有發(fā)火征兆的部位噴水,從而消除火災(zāi)隱患或者降低火災(zāi)影響。滅火裝置布置在帶式輸送機(jī)上方,通過電磁閥控制噴嘴開啟,具體工作過程:當(dāng)布置在帶式輸送機(jī)周邊的感溫光纖探測到某一區(qū)間范圍溫度異常時(shí),控制器對溫度異常情況進(jìn)行判定;判定有火災(zāi)危險(xiǎn)時(shí)控制會向聲光報(bào)警裝置以及電磁閥同時(shí)發(fā)出控制指令,電磁閥動作噴淋裝置開始噴水同時(shí)聲光報(bào)警裝置發(fā)出預(yù)警信息。滅火裝置可在帶式輸送機(jī)沿線或者局部位置集中滅火,實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防治。具體工作流程如圖4所示。

圖4 滅火裝置工作流程

2)布置方式

將滅火噴淋管道在帶式輸送機(jī)上部,并采用吊裝、支架安裝兩種方式支持噴淋管道。吊裝即為在巷道頂板上施工連接桿,通過連接桿將噴淋管道固定到帶式輸送機(jī)上方;支架安裝即為在輸送機(jī)支架上安裝支架,通過支架固定噴淋管道。連接桿由于需要在頂板上施工鉆孔,施工工程量以及難度相對較大,而支架僅需在地面加工、井下安裝即可。因此,當(dāng)現(xiàn)場條件允許時(shí)僅量采用支架安裝方式。具體井下噴淋管道安裝方式如圖5所示。

圖5 噴淋管道安裝方式

噴淋管道上單個(gè)噴嘴有效噴淋半徑為1 m,因此將噴嘴間距設(shè)計(jì)為1.8 m(疊加范圍0.2 m),噴淋管道內(nèi)水壓為1.6 MPa。

4 現(xiàn)場應(yīng)用分析

在+850 m 水平運(yùn)輸巷內(nèi)布置3 道感溫光纖,分別在輸送機(jī)上托輥兩側(cè)以及下托輥下部,從而對各易發(fā)高溫點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。將感溫光纖控制機(jī)布置在運(yùn)輸巷井底車場內(nèi),各控制器通過太網(wǎng)接口與礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)連接。滅火部分噴淋管道絕大部分采用支架支撐方式,在需要頻繁卸料或者其他支架安裝不方便位置采用吊裝方式。

現(xiàn)場試運(yùn)行后發(fā)現(xiàn),布置的感溫探測防滅火系統(tǒng)反應(yīng)靈敏,當(dāng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)某位置出現(xiàn)火災(zāi)征兆時(shí)即可有效滅火,同時(shí)噴淋裝置噴淋范圍可有效覆蓋發(fā)火征兆位置。通過感溫探測防滅火系統(tǒng)應(yīng)用,可在一定程度上提高煤礦帶式輸送機(jī)運(yùn)行安全保障能力。

5 結(jié)論

感溫探測防滅火系統(tǒng)將可實(shí)現(xiàn)煤礦井下帶式輸送機(jī)沿線火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測以及防治,能有有效避免帶式輸送機(jī)火災(zāi)事故擴(kuò)大,在煤礦井下具有一定的應(yīng)用價(jià)值。感溫探測防滅火系統(tǒng)采用感溫光纖對帶式輸送機(jī)沿線溫度異常位置進(jìn)行探測,具有探測效率高、溫度敏感等優(yōu)點(diǎn);將噴淋滅火與光纖測溫相結(jié)合,通過控制器依據(jù)感溫光纖監(jiān)測結(jié)果定位溫度異常位置,并通過噴淋滅火實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)滅火。

現(xiàn)場應(yīng)用后感溫探測防滅火系統(tǒng)與礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)連接,地面調(diào)度系統(tǒng)即可掌握帶式輸送機(jī)沿線溫度監(jiān)測結(jié)果以及知否出現(xiàn)火災(zāi)征兆,可在一定程度上降低井下巡檢人員作業(yè)強(qiáng)度以及帶式輸送機(jī)運(yùn)行安全保障能力。