煤礦井下膠帶輸送機火災傳感器位置的確定

程巖

（西山煤電集團杜爾坪煤礦，太原 030053）

煤礦井下膠帶輸送機火災傳感器位置的確定

程巖

（西山煤電集團杜爾坪煤礦，太原 030053）

火災傳感器作為井下帶式輸送機初期火源信息捕捉的唯一手段，及時、準確的發(fā)出警示，對救災非常有利。通過對諸多因素的分析，提出了一氧化碳傳感器安裝位置的計算公式，并給出了安裝位置的參考范圍。

火災傳感器；安裝位置；報警限

帶式輸送機已成煤礦井下主要運輸設備，但易出現(xiàn)主滾筒與膠帶間的打滑，造成設備本身和周圍煤炭或其他物體溫度升高，產(chǎn)生火災。采用一氧化碳和煙霧傳感器檢測火源初期信息顯得非常重要。行業(yè)標準雖對傳感器安裝位置有范圍標定，但籠統(tǒng)并缺少對現(xiàn)場因素如巷道斷面、風速、報警限值、煙霧的逆流或滾退等要素考量，存在局限性。

1 傳感器捕捉火災初期信息的條件

1.1 膠帶火災的燃燒階段及特性

通常主滾筒打滑直接引起膠帶有焰燃燒的可能性很小，僅在滾筒離合處產(chǎn)生火星飛濺時才能引燃周圍燃燒物或膠帶過熱使膠帶上的煤加熱至燃點。當膠帶停止運行時，煤燃燒蔓延使膠帶燃燒。隨著膠帶燃燒表面積的增大，生成一氧化碳和煙霧。由外因明火引起的膠帶火災分為三個發(fā)展階段，即陰燃、明火和煤與膠帶混合燃燒階段。在陰燃和明火兩個階段，火災的發(fā)展速率與風速呈線性關系，在混合燃燒階段呈二次函數(shù)關系。

1.2 捕捉火源信息必須具備的三個條件

1）火災生成物一氧化碳濃度達到傳感器預設報警限。預設報警限是火源處一氧化碳飄逸至傳感器位置且能達到報警的濃度值，換言之，火源處的一氧化碳經(jīng)過一段運移，濃度會變小。這就要求火源處生成的一氧化碳濃度高于報警限，經(jīng)過擴散到達傳感器后的濃度等于或大于報警限，這一時期，稱為達到報警限時間1[1-2]：

式中：1為一氧化碳報警限時間，s；A為一氧化碳報警限值；O為巷道風速，m/s；O為巷道斷面，m2；C為火源輸送帶燃燒的一氧化碳生成系數(shù)；C為煤類火災熱量釋放增長系數(shù)。

2）一氧化碳從發(fā)生點飄逸到傳感器的時間2：

3）傳感器的響應時間。傳感器接收到一氧化碳后的敏感反應時間為響應時間3。通常為常數(shù)，一般為40 s。

上述三部分時間之和t即為一氧化碳從產(chǎn)生到傳感器接受信息發(fā)出報警的總時間，可表達為：

2 各參數(shù)最優(yōu)關系的建立

或表達為

由數(shù)學定理知當各參數(shù)滿足式（5）、（6）時，總時間具有極小值。換言之，如果各參數(shù)能按式（5）、（6）進行約束，就能做到從火源信息產(chǎn)生至傳感器發(fā)出警報的時間接近最短[4]。

3 傳感器距皮帶機頭的最小和最大距離

初期火源產(chǎn)生的一氧化碳和煙霧在上游新鮮風流的沖擊下，不會立即涌向火源上方，而是分兩部分運移，一部分逆向巷道風流緩慢上升離開火源和傳感器，在其運行一段距離后發(fā)生滾退，與進風流相會再折向火源和傳感器。另一部分其前峰以合成速度逐漸抬高飄逸至下風側的巷道頂板，若傳感器正好處于煙流上部區(qū)域就難以捕捉到一氧化碳。有研究認為，巷道風速在1.3 m/s時，這部分一氧化碳和煙霧飄逸到頂板的行走水平距離約為10 m，通常以此為最小安裝距離。若小于10 m，將會破壞傳感器的正常工作環(huán)境，如溫度過高或煤塵過大，都會影響傳感器的精確度。不難想象，這一距離至少與巷道風速成正相關關系。最大安裝距離可按式（6）計算。

現(xiàn)以巷道斷面為12 m2、輸送帶燃燒一氧化碳生成系數(shù)為5.3x10-6為例，根據(jù)式（6）討論風速、報警限與安裝距離的關系，計算如下：

1）報警限取24x10-6（表中安裝距離小數(shù)點后4舍5入）。從表1看出，當報警限取24x10-6時，要保證安裝距離在10 m，巷道風速應在1.3 m/s。

2）報警限取18x10-6。從表2看出，當報警限降到18x10-6時，巷道風速應在1.5 m/s，安裝距離在10 m。

3）報警限取10x10-6。從表3看出，要使安裝距離在10 m，則巷道風速應大于3.5 m/s，若現(xiàn)場風速達不到3.5 m/s，可適當調高報警限值。

4 結束語

1）巷道風速和報警限值直接影響安裝距離，不宜取固定值。2）報警限值設置大則報警時限就長，對及時發(fā)現(xiàn)火情不利。應指出，24x（0.002 4%）是礦井有害氣體最高允許濃度，通常不應作為報警限。3）傳感器安裝距離與巷道斷面、報警限值和巷道風速成正相關關系。依現(xiàn)場情況，根據(jù)表1、表2和表3適當調整各參數(shù)。4）巷道風速高，一氧化碳稀釋快，可適當調低報警限值，反之亦然。但安裝距離應始終保持在合理范圍。

［1］王志堅，孟斌成，周心權.礦山救護指戰(zhàn)員［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2007

［2］朱紅青，鄔燕云，周心權.煤炭科學技術［J］.2001（S1）：42

［3］候欣然.礦井膠帶巷火災風流動態(tài)模擬及避災路線分析［D］.唐山：河北聯(lián)合大學，2011.

［4］周心權，吳兵.礦井火災救災理論與實踐［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1996.

Determination of Fire Sensor Position of Underground Belt Conveyor in Mines

CHENG Yan
(Fully-Mechanized Mining Team in Du'erping Mine，Xishan Coal&Electricity Group，Taiyuan 030053，China)

As the only method to capture the initial fire for belt conveyor，for rescue work，it is beneficial to issue the alarm without delay and error.By various factor analysis，the calculation formulas on mounting position of carbon monoxide sensor is proposed and the reference range of the mounting position was also given.

fire sensor;mounting position;determination

TD752.1

A

1672-5050（2015）02-0061-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.019

（編輯：樊敏）

2014-10-15

程巖（1989－），男，山西運城人，大學本科，助理工程師，從事煤礦綜采工作。