胡成功，馬忠云，蔡力宏，趙 晶

（1.國家能源集團神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000；2.國家能源集團神華科技發(fā)展有限責任公司，北京 100240）

勝利一號露天煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林浩特市區(qū)偏西北方向約6 km，神華勝利發(fā)電廠位于錫林浩特市區(qū)東北方向約8 km，通過長距離帶式輸送機直接向電廠供煤，帶式輸送機輸煤距離約為13 km，中間設(shè)置5 個轉(zhuǎn)運站。輸煤系統(tǒng)起點為勝利一號露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)的M701 帶式輸送機，終點為神華勝利發(fā)電廠儲煤倉，倉后接入電廠廠內(nèi)輸煤系統(tǒng)，其中M705 號帶式輸送機長度8 672 m。

錫林浩特冬季嚴寒，最低氣溫可達-45 ℃，露天煤礦室外長距離輸煤帶式輸送機事故巡檢工作困難，出現(xiàn)火情，若不能及時發(fā)現(xiàn)處置，易釀成火災(zāi)。尤其在冬季遇到大雪天氣，檢修人員需沿著數(shù)公里長的帶式輸送機線路駕車巡檢，即使采用無人機巡檢，視覺受到影響，且不易及時趕到事故點，給滅火工作帶來不便[1-2]，且冬季戶外檢修人員易凍傷，給人身安全也帶來隱患。國內(nèi)對輸煤帶式輸送機的監(jiān)測僅停留在對整根帶式輸送機的卡煤、斷帶、糾偏及火災(zāi)報警的顯示，不能智能化發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱情，實現(xiàn)自動滅火處置。

1 智能化火災(zāi)監(jiān)控自動滅火系統(tǒng)

針對勝利一號露天煤礦M705 號帶式輸送機超長距離輸送易自燃褐煤的過程中，輸煤帶式輸送機上因為各種故障堆積的褐煤局部溫度過高，可能會使煤炭或周邊的帶式輸送機發(fā)生部分內(nèi)燃[3]，造成火災(zāi)隱患而又不能及時發(fā)現(xiàn)處置，最終自燃釀成火災(zāi)事故，研發(fā)出1 種自動監(jiān)控且能自動滅火消防的智能化系統(tǒng)至關(guān)重要。

利用分布式光纖測溫（DTS）技術(shù)可以實現(xiàn)帶式輸送機機中溫度異常點的大范圍分布監(jiān)測，從而實現(xiàn)火災(zāi)的預(yù)警，同時煙霧傳感器，可以準確、及時對溫度異常和煙霧異常區(qū)域進行區(qū)段定位、報警，并經(jīng)智能化計算順控聯(lián)動停運帶式輸送機，把帶式輸送機事故點停在帶式輸送機機頂部噴淋裝置處，誤差在±0.5 m，并將定位報警數(shù)據(jù)通過通訊口下發(fā)給帶式輸送機機頂部噴淋裝置，帶式輸送機機噴淋裝置根據(jù)這些定位報警數(shù)據(jù)，快速啟動事故區(qū)域的電磁閥，持續(xù)噴灑滅火介質(zhì)，直至溫感伸縮探頭探明事故點位置煤堆及帶式輸送機的溫度降至正常范圍，巡檢人員將隨后趕到，查看自動滅火效果人工干預(yù)，從而達到事故區(qū)域的及時消防滅火的目的[4]。

2 技術(shù)方案

2.1 分布式光纖測溫（DTS）技術(shù)監(jiān)測

1）技術(shù)監(jiān)測所需設(shè)備及材料。帶式輸送機機噴淋裝置主機（隔爆兼本安型PLC 控制箱），帶式輸送機機噴淋裝置分機（隔爆兼本安型PLC 控制箱），礦用隔爆型光纖測溫主機，礦用測溫光纜，煙霧報警器，聲光報警，隔爆型電磁閥，消防管道（室外保溫），消防專利噴嘴。

2）監(jiān)測手段。帶式輸送機機沿線各點的溫度和升溫趨勢，每個分區(qū)的煙霧情況，實現(xiàn)超溫故障、冒煙故障等防滅火重點參數(shù)的實時監(jiān)控，并及時啟動噴淋設(shè)備，及時發(fā)現(xiàn)，及時處理，杜絕火災(zāi)隱患，尤其在冬季夜間，大雪天氣，可達到無人值守、無人巡檢的目的。

2.2 測點布置

在M705 至M706 轉(zhuǎn)運站之間的8 672 m 長的長輸煤帶式輸送機上設(shè)計安裝1 套分布式光纖測溫（DTS）自動報警滅火系統(tǒng)，設(shè)置有1 臺帶式輸送機機噴淋裝置主機和若干臺帶式輸送機機噴淋裝置，按50 m 1 個區(qū)域計算，100 m 放置1 臺分機，1 臺分機控制2 個區(qū)域，主機放置在帶式輸送機機頭M705轉(zhuǎn)運站里，通過光纖連接到主控室。每個區(qū)域放置1個煙霧傳感器，1 個隔爆電磁閥，整條帶式輸送機上通過光纖串接，可實時顯示整條帶式輸送機各個區(qū)域的沿線溫度、煙霧等數(shù)據(jù)，在輸煤帶式輸送機上原有的各高清攝像頭輔助下，監(jiān)測各區(qū)域噴淋設(shè)備的狀態(tài)，并可對個區(qū)域噴淋設(shè)備進行遠程或手動操作[5]。

2.3 方案架構(gòu)

礦用分布式光纖測溫系統(tǒng)由礦用隔爆型光纖測溫主機和測溫光纜組成。礦用分布式光纖測溫系統(tǒng)是一項實時在線、連續(xù)的溫度測量技術(shù)，可以提供輸煤帶式輸送機的1 m 定位精度內(nèi)的溫度分布，并定位報警位置。礦用光纖測溫主機放置在帶式輸送機機頭轉(zhuǎn)運站里，測溫光纜從礦用光纖測溫主機處開始沿帶式輸送機機兩側(cè)共鋪設(shè)2 路測溫光纜，每路長度8 700 m，主要對帶式輸送機火災(zāi)隱患點進行無盲區(qū)全覆蓋監(jiān)測。礦用分布式光纖測溫裝置軟件上對每條帶式輸送機進行分區(qū)檢測，每50 m 1 個區(qū)，設(shè)置1 個溫度報警值，每隔分區(qū)配備1 個煙霧報警器和礦用隔爆電磁閥。這樣總的設(shè)計174 個分區(qū)，由于每條帶式輸送機機噴淋裝置分機可以控制2 個區(qū)域，所以總共需要87 臺分機和1 臺噴淋裝置主機，礦用分布式光纖測溫系統(tǒng)布置方案示意圖如圖1。

圖1 礦用分布式光纖測溫系統(tǒng)布置方案示意圖

2.4 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)裝置可適用于露天煤礦和礦井下帶式輸送機機火災(zāi)報警自動滅火控制，是智能化、智慧化礦山建設(shè)技術(shù)應(yīng)用理想的選擇[6]。具體由3 大部分組成：①傳感控制層：選用礦用隔爆型光纖測溫主機和雙通道測溫光纜檢測整條帶式輸送機機沿線溫度，采用煤礦用煙霧傳感器對帶式輸送機防塵罩內(nèi)各類火災(zāi)隱患產(chǎn)生的煙霧進行實時監(jiān)測，而礦用隔爆型電磁閥則能根據(jù)實時溫控和煙控自動進行灑水滅火；②傳輸層：采用帶串口服務(wù)器功能的礦用本安型網(wǎng)絡(luò)交換機，同時支持以太網(wǎng)電口信號、光口信號和RS485 信號，實現(xiàn)對各類檢測數(shù)據(jù)的上傳和自動報警滅火指令的下達；③應(yīng)用層：自動報警滅火裝置軟件，分析整個帶式輸送機罩內(nèi)溫度分布，控制溫度超限區(qū)域的礦用隔爆型電磁閥自動灑水滅火[7]。

2.4.1 系統(tǒng)組成及基本功能

長距離輸煤帶式輸送機火災(zāi)報警滅火控制系統(tǒng)由礦用隔爆型光纖測溫主機、礦用隔爆型聲光報警器、礦用本安型網(wǎng)絡(luò)交換機、礦用隔爆兼本安型穩(wěn)壓電源、礦用隔爆型電磁閥、礦用隔爆兼本安電源、煤礦用煙霧傳感器、煤礦用阻燃測溫光纜等設(shè)備組成，采用專有礦用測溫光纖把以上設(shè)備串接，形成智慧環(huán)網(wǎng)，最終接入主控室。

1）裝置具備網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，溫度測量數(shù)據(jù)及各球閥狀態(tài)信息可上傳至中心站。

2）裝置具備分布式光纖溫度測量功能，具有實時測溫光纜溫度采集功能。

3）裝置具備多路采集功能，1 條帶式輸送機自動報警滅火裝置可以同時監(jiān)測多臺電磁閥狀態(tài)信息并可至少同時監(jiān)測2 路測溫光纜，最終傳到中心控制室大屏幕監(jiān)控，與5G 云數(shù)據(jù)有兼容接口，巡檢人員可通過手機瀏覽帶式輸送機的溫控狀態(tài)，并可及時接收到報警。

4）裝置具備快速更新狀態(tài)功能，及時更新各裝置狀態(tài)。

2.4.2 控制功能

1）裝置具有溫度控制電磁閥開閉的功能：當帶式輸送機分區(qū)溫度超過該分區(qū)溫度上限值，或煙感信號持續(xù)報警10 s 以上時，監(jiān)測系統(tǒng)控制會發(fā)出帶式輸送機緊急停運的信號，以就近停靠原則，待帶式輸送機事故點停到附近的電磁閥下方[8]。

2）溫感探頭再次監(jiān)測確認事故點狀態(tài)，確保不是誤報警，自動打開該分區(qū)電動球閥，噴灑水瀑，當分區(qū)事故點溫度低于該分區(qū)溫度下限值時，自動關(guān)閉該分區(qū)電動球閥。

3）裝置具有煙霧濃度控制電磁閥開閉的功能：當煙霧傳感器再次檢測到煙霧值超標時，輸出高電平信號，控制對應(yīng)電磁球閥打開，當未檢測到煙霧時，輸出低電平信號，電磁閥延時一段時間后關(guān)閉。

2.4.3 顯示功能和軟件功能

裝置具有電磁閥狀態(tài)顯示功能，包括電磁閥開閉狀態(tài)及通訊異常狀態(tài)的顯示，還具有溫度顯示功能，包括實時溫度曲線、各分區(qū)的溫度最大值、上限值和下限值的顯示。

3 項目方案預(yù)期目標

1）通過對長距離輸煤帶式輸送機火災(zāi)險情進行智能化監(jiān)控，對帶式輸送機進行合理化監(jiān)測設(shè)備配置，各節(jié)點通過感溫光纖串聯(lián)，遠程室內(nèi)監(jiān)控，可及時預(yù)警帶式輸送機自燃點，降低帶式輸送機自燃現(xiàn)象的發(fā)生，把火災(zāi)事故自行控制在萌芽當中，有效減輕檢修維護工作量及物資的投入，尤其對冬季運行安全有很大提高。

2）通過對帶式輸送機火災(zāi)險情進行智能化管控消除，減少了值班巡檢工人數(shù)量，使人工成本得到降低，工作效率得到提高。

3）通過大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，使檢修人員隨時了解帶式輸送機的運行狀態(tài)，對煤礦推廣智能化生產(chǎn)手段、普及智能化知識、營造良好的科技氛圍有一定的促進作用。

4）項目方案簡單、新穎、實用，減少帶式輸送機停機時間，提高了長距離輸煤帶式輸送機的運力，煤礦的本質(zhì)安全，不僅適用于露天煤礦帶式輸送機，還適用于井下煤礦，港口煤炭運輸?shù)拳h(huán)境。

4 結(jié)語

通過對勝利一號露天礦長距離輸煤帶式輸送機上方布置加裝分布式光纖測溫（DTS）自動報警滅火系統(tǒng)的研究，系統(tǒng)可實現(xiàn)快速甄別帶式輸送機上燃煤是否有自燃或自燃傾向，并能夠及時自動處置火情，杜絕火災(zāi)隱患的發(fā)生。系統(tǒng)采用光纖串接智能化、敏感度高，系統(tǒng)設(shè)備簡單無冗余設(shè)置，便于日常維護。系統(tǒng)能夠減少帶式輸送機檢修工人工作強度和處置難度，監(jiān)測處置帶式輸送機機死角和檢修工人不易到達的地方，減少安全隱患。有效提高冬季極寒露天礦區(qū)安全生產(chǎn)水平。