矿井外因火灾ZFM智能消防预警系统应用_张骁俊.pdf

1132023 年第 5 期张骁俊等：矿井外因火灾 ZFM 智能消防预警系统应用张骁俊等：矿井外因火灾 ZFM 智能消防预警系统应用矿井外因火灾 ZFM 智能消防预警系统应用张骁俊1 张烈奇2 张云松3（1.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院，辽宁 阜新 123000；2.北京弘视安控科技有限公司，北京 101102；3.汇永控股集团有限公司山阴县分公司，山西 朔州 036000）摘 要 针对禾草沟煤业井下火灾消防系统存在不具备火源识别和扑救功能等问题，通过分析矿井 ZFM 智能消防预警系统的组成与特点，可以很好地解决禾草沟煤业井下消防存在的问题。该系统具有快速监测火焰，并在 0.2 s 时间内作出响应，2 s 内全自动完成火源识别、预警、扑灭火焰等功能。关键词 矿井火灾；自动喷粉；灭火装置；自动灭火中图分类号 TD75+2.3 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.037Application of ZFM Intelligent Fire Early Warning System for External Fire in MinesZhang Xiaojun1 Zhang Lieqi2 Zhang Yunsong3(1.School of Safety Science and Engineering,Liaoning University of Engineering and Technology,Liaoning Fuxin 123000;2.Beijing Hongshi Security Control Technology Co.,Ltd.,Beijing 101102;3.Huiyong Holding Group Co.,Ltd.,Shanyin County Branch,Shanxi Shuozhou 036000)Abstract:In response to issues such as the lack of fire source identification and firefighting functions in the underground fire protection system of Hecaogou Coal Industry,by analyzing the composition and characteristics of the mine ZFM intelligent fire early warning system,the problems of underground fire protection in Hecaogou Coal Industry can be effectively solved.This system has the ability to quickly detect and monitor flames,respond within 0.2 seconds,and automatically complete functions such as fire source identification,early warning,and extinguishing flames within 2 seconds.Key words:mine fire;automatic powder spraying;fire extinguishing equipment;automatic fire extinguishing张骁俊等：矿井外因火灾 ZFM 智能消防预警系统应用张骁俊等：矿井外因火灾 ZFM 智能消防预警系统应用矿井火灾是直接威肋矿井安全生产的主要灾害之一1。随着数字化矿山的建设和科技的发展，矿井开采技术不断进步，开采环境不断改善，但矿井火灾与爆炸灾害并没有呈现下降趋势2。究其原因，主要是由于更多的新材料，包括各种化学品、液体燃料和液压机液等材料应用到矿井中3。延安市禾草沟煤业有限公司产能 500 万 t/a，属低瓦斯矿井，煤尘具有爆炸性，水文地质类型中等。井下共有皮带机 6 条：主斜井 1200 m；中央胶运大巷 1860 m，西翼胶运大巷 2500 m，南翼胶运大巷2200 m；50112 胶运顺槽 3000 m，50214 胶运顺槽3000 m。原监控系统采用 KTC101 皮带系统，不具备火源识别和扑救功能，当胶带机运动部件因非正常摩擦产生的热量不能及时散发而又未被及时发现，就有可能造成胶带输送机着火事故。原监控系统已不能满足当前安全管理要求。为杜绝火灾发生，依据煤矿安全规程中第一百四十五条规定“装有带式输送机的井筒中必须装设自动报警灭火装置、铺设消防管路”要求4，决定安装 ZFM70/10 矿用区域自动喷粉灭火装置。1 ZFM 智能消防系统介绍1.1 ZFM 系统介绍ZFM 智能消防预警系统是一套全新理念的自动消防报警灭火系统，分为预警和灭火两方面：除了收稿日期 2022-11-04作者简介 张骁俊（2002），男，辽宁阜新人，2020 年考入辽宁工程技术大学安全工程专业，本科在校生，现从事安全工程专业学习,研究方向：矿山安全。1142023 年第 5 期防止火源产生，在火灾初起阶段能够自动识别、定位并报警、迅速扑救，避免火源扩大化，把事故遏制在萌芽状态，有效减少或杜绝火灾损失。ZFM 系列矿用区域自动喷粉灭火装置可实现全区域无死角监控，可在 2 s 内全自动完成火源识别、预警、扑灭等，满足井下防灭火需求。该系统装置主要由 GHZ25 矿用本安型火焰传感器（简称传感器）、ZYBG-12K 矿用本安型抑爆控制器（简称控制器）、ZFM 本安型抑爆器（简称抑爆器）等组成。1.1.1 传感器火焰传感器监测温度、温差、火源等，并将数据实时传输到控制器，控制器依据监测数据及内置软件判断是否触发报警或启动灭火装置。传感器组成如图 1。图 1 矿用区域自动喷粉灭火装置/GHZ25 火焰传感器1）信号处理计算。内置信号逻辑分析系统，在灵敏度和抗干扰之间做平衡选择，用户可根据实际情况调整灵敏度。2）温度测量。根据传送信号，对周围环境温度进行测量。3）火源监测。火源监测采用光电管监测环境中是否有 180260 nm 的火源特有光波。监测到的光波信号经硬件、软件滤波后，用内置逻辑分析软件计算判断是干扰信号或火源信号。4）通信模块。实时上传温度、火源监测结果数据至控制器；接收运行参数、地址编码等设置数据。1.1.2 控制器控制器由传感器、抑爆器、远程启动、测温线、用户自定义、远程报警、数据上传等接口以及声光报警、控制开关等组成。控制器组成如图 2。1）运行参数配置。可设置温度报警值、温差报警值、灵敏度等多项运行参数。2）自检功能。可自动对配接传感器、抑爆器、测温线连接状态检测；对本机的温度、功耗、故障点检测。3）控制模组。可通过面板按键设定自动/手动模式，可强制启动抑爆器，可按键控制自检/监控/设置等不同工作状态，可编程控制 2 路抑爆器或其他灭火装置。4）可设置多种运行参数。可设置抑爆器驱动时间、报警温度、灭火启动温度、温差值等参数。5）可连接物联网监控系统。为便于管理，温度、温差设二级预警机制，一为报警值：温度、温差达触发值时（仅）声光报警；二为动作值：温度、温差达触发值时除声光报警外，立即启动抑爆器或其他连接的灭火设施。图 2 矿用区域自动喷粉灭火装置/ZYBG-12K 控制器1.1.3 抑爆器当系统启动信号输入后，内置的产气装置迅速产生大量气体，该气体 90%为氮气，结构如图 3。罐内的超细干粉灭火剂与气体充分混合，随着罐内的压力增加，米字铝挡板破裂，干粉气体混合物经出粉口喷出并形成干粉烟雾，干粉烟雾起到对火源覆盖、驱离、隔绝一系列作用，从而有效灭火。图 3 抑爆器结构图从启动至完成喷射不超过 1 s，干粉残留低于5%。快速喷射及超细粉的扩散作用，可保证在 12 s 内在保护区域内形成全淹没式覆盖，灭火效果显著。一般每 70 m3 需填充干粉 10 kg，所用干粉为绿1152023 年第 5 期张骁俊等：矿井外因火灾 ZFM 智能消防预警系统应用张骁俊等：矿井外因火灾 ZFM 智能消防预警系统应用色环保产品。由于采用非储压式设计，抑爆器的储存，使用周期增加，日常无须维护。1.1.4 监控软件矿井火灾的智能化预测预报，通过集成管理平台和系统计算机专家分析软件，基于既有监测数据，实现了对矿井火灾的预测预报，并生成直观图像，结合决策人员，做出正确的评判5。该系统配套的“消防监控系统软件”以远程实时监测为主，数据来源为控制器通信端口，该端口经网络转换器后可通过物联网络上传数据。其监控端软件是集信息采集、保护区域动态跟踪、隐患警告、事故报警等功能为一体的计算机信息网络系统。消防监控系统软件可实时显示在线设备（各传感器、控制器、抑爆器）状态（正常/故障/报警）、监控数据；具备历史数据检索、查询、备份、恢复功能；具备用户管理功能；手机端 App 亦具备上述功能，且数据同步。1.1.5 系统特点该系统对微小火源的识别时间小于 1 s，从火源发生到扑灭的时间小于 2 s，具备快速发现、扑灭初期火源的技术能力。可单机运行，也可接入物联网系统。安装、维护方便：主要部件均采用浇封制造工艺，连接线缆采用防呆设计；设备内置远程及本地自检功能，能定位大多数故障，能自动进行传感器标定。2 ZFM 灭火装置在禾草沟煤业的应用2.1 关键模块采用冗余设计禾草沟煤业引进了 ZFM 灭火装置，为保证系统可靠性，关键模块采用了冗余设计，具体如下：1）机头、机尾各安装一套灭火装置，中间每50 m 安装一套。2）每套装置采用 4 个传感器对称安装，确保无死角监控。3）每套装置接两路抑爆器，利用控制器的两个启动端口实现独立控制，以确保在需要时可靠启动。4）利用控制器的抑爆器远程启动接口，配接紧急启动按钮，用于紧急情况下（且控制器故障时）人工启动抑爆器。2.2 实现设备闭锁禾草沟煤业将 ZFM 智能消防预警系统、华宁KTC101 皮带系统的远程闭锁接口接入控制器，在温度温差触发报警值时皮带停机。2.3 备用电源灭火系统电源选用 127 V 供电，电源箱内增加备电功能，确保 127 V 断电后备电能支持灭火系统工作 4 h 以上。2.4 建立井下消防监控系统利用禾草沟煤业原网络监控系统，在井下增加网络接入点，确保每套装置 100 m 内有一个网络接入点，并保证至地面监控终端正常通信。在地面监控终端安装“消防监控系统软件”，完成各传感器位置、参数设定、用户设置等初始配置，确保软件正常运行。手机端 App 除限制传感器位置、参数设定、用户配置功能外，其他功能与监控终端相同，数据与监控端同步。2.5 系统维护井下部分主要维护工作为传感器清理。为保证180260 nm 光波的透射率，传感器 JGS1 外壳必须保持清洁，在其前端120视锥角的范围内无遮挡。电气焊弧光、紫外灭蚊灯、紫外消毒灯等会产生 180260 nm 光波，会对系统产生干扰。由于系统的实际监控距离远大于 25 m，因此，相关作业或设施必须远离传感器，必要时应对传感器遮挡，或暂时关闭系统或设定为手动模式。抑爆器分别安装在保护区域进风侧的巷道两帮，喷撒方向朝向巷道中心。2.6 应用效果ZFM 智能消防预警系统在禾草沟煤矿进行了应用，应用期间开展了多次火灾预警和灭火效果试验，应用结果表明该系统能够快速监测火焰，并在 0.2 s时间内作出响应，2 s内全自动完成火源识别、预警、扑灭火焰，有效验证了系统运行的安全可靠性。3 结语ZFM 灭火装置以“灭火于未燃”为出发点，用自动化设备改进煤矿现有消防预警设备，提升了矿山企业安全生产和安全管理水平。其防火、灭火成本低，效率高，可在煤矿预防措施一旦失效的情况下，进一步为煤矿“以防为主”的预防管理提供兜底保障，起到补充防范的作用，减少矿井因外因火灾引起的停工、停产，保障煤矿安全开采，避免发生因矿井火灾导致的经济损失和人员伤亡事故。ZFM 灭火装置以火源识别为基础的预警及自动扑救系统，符合国家建设数字化矿山的要求。（下转第 119 页）1192023 年第 5 期李 超：综放工作面采空区瓦斯高位钻孔抽采技术研究李 超：综放工作面采空区瓦斯高位钻孔抽采技术研究4.2 高位钻孔抽采效果分析3502 工作面高位钻孔投入使用后，记录抽采总量并计算其占瓦斯总涌出量的比例，具体结果如图5（a）。工作面瓦斯总涌出量均值为 4.95 m3/min，高位钻孔抽采瓦斯纯量为 0.384.13 m3/min，平均为 2.37 m3/min，抽采率为 8.97%79.55%，平均为47.87%。图 5（b）所示结果为上隅角瓦斯浓度随工作面回采进程的变化规律，上隅角瓦斯浓度为0.21%0.36%，瓦斯浓度始终保持在 0.5%以下，满足规范的要求。综上可知，高位钻孔布置方案抽采效果显著，为工作面的高效生产提供保障。（a）钻孔抽采量和抽采率 （b）上隅角瓦斯浓度图 5 钻孔抽采瓦斯及上隅角瓦斯浓度变化曲线5 结论1）开展 3502 工作面后方采空区钻孔窥视研究，得出冒落带高度 18 m、裂隙带发育高度 1843 m。2）通过 FLUENT 数值模拟研究，确定高位钻孔与巷道顶板垂直距离的合理范围为 2027 m，与巷道轴线水平距离的合理范围为 1525 m。3）3502 工作面采用高位钻孔抽采工艺后，平均抽采纯量 2.37 m3/min，平均抽采率 47.87%，上隅角瓦斯浓度始终保持在0.5%以下，抽采效果良好，保障了工作面的安全高效生产。【参考文献】1 陈春春，吴正海.基于顶板“三带”特征的扇形高位钻孔治理上隅角瓦斯技术 J.能源技术与管理，2022，47（02）：49-50.2 崔鹏飞，陈向军.大采高工作面采空区“三带”高度判定研究 J.煤，2022，31（03）：8-13+72.3 姚美红.综采工作面瓦斯综合治理技术应用 J.山东煤炭科技，2022，40（01）：112-115.4 杨程轲.鹿台山矿 2205 综采工作面煤层瓦斯抽采技术J.山东煤炭科技，2021，39（09）：112-114.为继续改善采面环境、降低粉尘浓度，在现有降尘技术基础上提出综合使用液压支架跟机降尘+采煤机高压引射降尘进行喷雾降尘，并通过除尘剂水力自动添加装置CR-2在喷雾水中增加C&C-1除尘剂，提高喷雾降尘效果。在 28309 大采高综采工作面现场应用后，采面全尘、呼吸性粉尘降尘率分别超过69.7%、80.5%，取得较为显著的降尘效果。【参考文献】1 穆素生.新元矿综采面产尘特性和降尘技术研究J.煤，2022，31（10）：63-65.2 付向东.圣天宝地清城矿厚煤层综放工作面降尘技术应用 J.煤，2022，31（04）：43-45.3 李新龙，王海涛.首山一矿综采面活性磁化水喷雾降尘技术研究 J.煤炭工程，2022，54（03）：95-98.4 郭奋超，李腾龙，马威，等.大采高工作面高压喷雾降尘技术研究及应用 J.矿业安全与环保，2021，48（05）：92-95.【参考文献】1 史波波，李光美.细水雾灭火系统在矿井火灾方面的应用综述 J.煤炭技术，2010，29（03）：123-125.2 程宗泽，李奔锋.分布式光纤感温报警系统在矿井火灾的监测研究 J.煤矿机电，2013（05）：45-48.3 马红伟.煤矿火灾的危害及防治措施 J.内蒙古煤炭经济，2018（14）：115-116.4 安敬鱼，牛会永，邓军，等.矿井火灾原因综合分析及防治技术 J.矿业工程研究，2015，30（03）：40-44.5 王鹏飞.矿井火灾智能消防系统集成模型研究 J.当代化工研究，2020（13）：78-79.（上接第 112 页）（上接第 115 页）