井下車載滅火系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

王麗威

（中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，山西 太原030006）

目前，煤礦井下輔助運(yùn)輸普遍采用防爆柴油機(jī)無(wú)軌膠輪車進(jìn)行人員、材料及設(shè)備的運(yùn)輸，相較有軌運(yùn)輸而言，以防爆柴油機(jī)為動(dòng)力的車輛防火形勢(shì)愈加嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，礦山車輛火災(zāi)事故的起火點(diǎn)大多在發(fā)動(dòng)機(jī)附近，空壓機(jī)、渦輪增壓器及排氣歧管是主要易高溫元件[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷過(guò)重、水箱缺水、高溫元件附著可燃物、油管漏油、電線短路、操作保養(yǎng)不當(dāng)?shù)仁窃O(shè)備自燃的主要誘因。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)軌膠輪車應(yīng)配置自動(dòng)滅火系統(tǒng)或便攜式滅火器等消防裝置[2]。隨著井下特種車輛不斷向重型化發(fā)展，特種車輛載重噸位已達(dá)100 t，其防爆柴油機(jī)功率達(dá)300 kW，整車攜帶燃油超過(guò)200 L、攜帶液壓油超過(guò)500 L，在溫度較高的封閉發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，一旦發(fā)生火災(zāi)后蔓延速度極快，極易造成重大人員傷亡及設(shè)備損毀[3]。使用普通手持干粉滅火器對(duì)火情的響應(yīng)速度和滅火能力已不能滿足大型車輛的滅火需要，配置滅火效率更高的手動(dòng)滅火系統(tǒng)和可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并迅速反應(yīng)的自動(dòng)滅火系統(tǒng)尤為重要[4]。

井下車載滅火系統(tǒng)較地面系統(tǒng)而言，要求其具有簡(jiǎn)單可靠、耐受井下惡劣條件、滅火能力大、便于安裝更換及免維護(hù)的特點(diǎn)。主要車載滅火裝置主要有探火管式干粉滅火器[5-6]、依賴駕駛員操作的手動(dòng)式滅火系統(tǒng)及可自動(dòng)監(jiān)測(cè)并動(dòng)作的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

1 井下車載手動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，煤礦井下車輛常用的滅火系統(tǒng)多為手動(dòng)式，主要有管網(wǎng)式干粉滅火系統(tǒng)和管網(wǎng)式加壓水噴淋滅火系統(tǒng)。此類系統(tǒng)不設(shè)火源探測(cè)器及自動(dòng)觸發(fā)器，完全依賴駕駛員對(duì)火情的及時(shí)感知。當(dāng)駕駛員發(fā)現(xiàn)火情后迅速按下手動(dòng)觸發(fā)器開(kāi)始滅火，該系統(tǒng)配置成本較低，具有且簡(jiǎn)單可靠，滅火能力突出、易于維護(hù)保養(yǎng)及更換的特點(diǎn)。

1.1 管網(wǎng)式干粉滅火系統(tǒng)

管網(wǎng)式干粉滅火系統(tǒng)系統(tǒng)通常將驅(qū)動(dòng)氮?dú)馄颗c干粉瓶獨(dú)立設(shè)計(jì)，同時(shí)配置啟動(dòng)氮?dú)馄?，三者間由密閉氣管連接，啟動(dòng)氮?dú)馄坎贾糜隈{駛員可及時(shí)觸及的位置，車身較長(zhǎng)時(shí)可多位置備份布置[4]。當(dāng)火情發(fā)生時(shí)拔出啟動(dòng)氮?dú)馄勘ｋU(xiǎn)銷并按下啟動(dòng)按鈕，氣管瞬間充壓并打開(kāi)驅(qū)動(dòng)氮?dú)馄块y門，驅(qū)動(dòng)氮?dú)馄砍掷m(xù)釋放高壓氮?dú)膺M(jìn)入干粉瓶組，將干粉通過(guò)滅火管路吹入并淹沒(méi)發(fā)動(dòng)機(jī)艙實(shí)現(xiàn)滅火。在發(fā)動(dòng)機(jī)艙敷設(shè)滅火管路通常選用不銹鋼波紋管，管路沿發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)縱向布置并間隔分布針孔噴頭。

管網(wǎng)式干粉滅火系統(tǒng)滅火能力大，系統(tǒng)可靠性高，不受井下惡劣環(huán)境的影響。但該系統(tǒng)缺點(diǎn)在于，干粉噴出時(shí)會(huì)溢出發(fā)動(dòng)機(jī)艙并在井下巷道內(nèi)彌漫，容易影響救援視線及人員逃生。此外，干粉附著在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體等高溫設(shè)備上燒結(jié)固化，增加了災(zāi)后設(shè)備清理修復(fù)難度。

1.2 管網(wǎng)式加壓水噴淋滅火系統(tǒng)

管網(wǎng)式加壓水噴淋滅火系統(tǒng)主要由儲(chǔ)水罐、儲(chǔ)氣罐、減壓閥、滅火按鈕、水管管路及噴淋頭等組成。管網(wǎng)式加壓水噴淋滅火系統(tǒng)組成如圖1。不銹鋼耐壓儲(chǔ)水罐安裝在車體上，罐體容積根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率選取，通常為50～100 L，罐體最高耐受壓力0.3 MPa。采用車載儲(chǔ)氣罐作為加壓氣源，通過(guò)減壓閥調(diào)節(jié)壓力30～100 kPa。由于大功率防爆柴油機(jī)氣啟動(dòng)的需要，車輛自身配置儲(chǔ)氣罐容積通常大于100 L，充氣壓力為0.6～0.8 MPa，將儲(chǔ)氣罐作為緊急情況下的儲(chǔ)水滅火壓力氣源有較大裕量，可保證自動(dòng)滅火可在車輛熄火時(shí)仍能正常使用。當(dāng)火情發(fā)生時(shí)按下滅火按鈕，儲(chǔ)氣罐壓縮空氣通過(guò)減壓閥后向儲(chǔ)水罐加壓并控制氣控?fù)Q向閥換向，聯(lián)通水管管路并觸發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)，加壓水通過(guò)水管進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)艙進(jìn)行噴淋滅火。

圖1 管網(wǎng)式加壓水噴淋滅火系統(tǒng)組成

管網(wǎng)式加壓水噴淋滅火系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單可靠及易維護(hù)的特點(diǎn)，水流壓力可通過(guò)調(diào)節(jié)減壓閥實(shí)現(xiàn)，其滅火效果極佳，且噴淋水滅火對(duì)井下人員無(wú)健康威脅，適應(yīng)井下惡劣的車載工況。地面普遍采用的噴水系統(tǒng)壓力水一直以充滿的狀態(tài)存在于管路之中，本系統(tǒng)采用噴水與加壓同時(shí)進(jìn)行，與地面濕式系統(tǒng)相比具有一定先進(jìn)性。此外，該系統(tǒng)也可引出1 路水管用于車輛沖洗及發(fā)動(dòng)機(jī)高溫時(shí)的散熱器沖洗降溫等作業(yè)。

2 井下車載自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

井下車載自動(dòng)滅火系統(tǒng)一般包括滅火罐、火源探測(cè)器、自動(dòng)觸發(fā)器、手動(dòng)觸發(fā)器、滅火管路及噴頭等元件組成?；鹪刺綔y(cè)器類型有：用于探測(cè)溫度的熔斷觸發(fā)式探頭，其內(nèi)部采用熱敏元件，當(dāng)環(huán)境溫度升高至熱敏元件耐溫極限時(shí)熔斷觸發(fā)滅火，安裝此類火源探測(cè)器時(shí)，滅火系統(tǒng)無(wú)須供電；也有用于探測(cè)溫度的感溫電纜及紅紫外雙頻光感探測(cè)器，安裝此類火源探測(cè)器時(shí)，滅火系統(tǒng)須車輛電源為其供電方可持續(xù)工作。作為爆炸性氣體環(huán)境下的滅火系統(tǒng)，其能否不依賴車體供電獨(dú)立可靠工作是一項(xiàng)重要指標(biāo)。

2.1 溫度探測(cè)式自動(dòng)滅火系統(tǒng)

井下溫度探測(cè)式自動(dòng)滅火系統(tǒng)，一般采用熔斷觸發(fā)方式，熔斷式自動(dòng)滅火系統(tǒng)組成如圖2，該系統(tǒng)與車輛電氣系統(tǒng)等保持獨(dú)立，滅火系統(tǒng)在車輛熄火后仍保持警戒狀態(tài)。滅火管路常態(tài)下無(wú)壓，當(dāng)火源探測(cè)器所在位置的溫度高于設(shè)定溫度閾值時(shí)，火源探測(cè)器內(nèi)的熱敏釋壓元件爆裂并刺破內(nèi)置的高壓氣囊，使管道內(nèi)壓強(qiáng)上升，觸發(fā)滅火罐內(nèi)部閥門打開(kāi)實(shí)現(xiàn)滅火[5]。其無(wú)壓?jiǎn)喂艿赖脑O(shè)計(jì)具有一定技術(shù)先進(jìn)性，井下實(shí)際使用效果較好，便于安裝且免維護(hù)，適應(yīng)惡劣的礦井環(huán)境。

圖2 熔斷式自動(dòng)滅火系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)缺點(diǎn)在于對(duì)火情響應(yīng)存在一定滯后，起火后火源探測(cè)器不會(huì)立即動(dòng)作，當(dāng)火勢(shì)發(fā)展至熔斷探測(cè)器時(shí)才會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟滅火，探測(cè)器距著火點(diǎn)位置對(duì)滯后時(shí)間起決定作用。為保證響應(yīng)及時(shí)性，探測(cè)器數(shù)量通常配置多個(gè)，對(duì)各易高溫點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

2.2 火焰探測(cè)式自動(dòng)滅火系統(tǒng)

為提高火源探測(cè)的及時(shí)性，火源探測(cè)器由單一的熔斷觸發(fā)式逐步向熱光綜合智能檢測(cè)方向發(fā)展。火焰探測(cè)式自動(dòng)滅火系統(tǒng)能在火情發(fā)生瞬間自動(dòng)感應(yīng)，設(shè)置警報(bào)延時(shí)并自動(dòng)啟動(dòng)完成滅火[7-8]?；鹧嫣綔y(cè)式自動(dòng)滅火系統(tǒng)組成如圖3，系統(tǒng)主要組成有：控制主機(jī)、溫度傳感器、火焰探測(cè)器、滅火罐、噴頭及電纜等。通過(guò)探測(cè)明火火焰和溫度等參數(shù)，將信號(hào)反饋至控制主機(jī)，控制主機(jī)給電動(dòng)球閥供電，打開(kāi)滅火罐閥門實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火，同時(shí)控制防爆柴油機(jī)自動(dòng)停機(jī)。該系統(tǒng)也也可通過(guò)拔出保險(xiǎn)銷操作滅火罐壓把實(shí)現(xiàn)手動(dòng)緊急滅火。

圖3 火焰探測(cè)式自動(dòng)滅火系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)缺點(diǎn)在于：由于井下惡劣環(huán)境及發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)的高溫烘烤，導(dǎo)致電控箱、傳感器及線路故障多發(fā)，且故障檢測(cè)及調(diào)試?yán)щy。感光式火焰探測(cè)器可靠性及抗污染能力較差，在遭受強(qiáng)光瞬時(shí)照射、電焊弧光等干擾下可能發(fā)生誤動(dòng)作導(dǎo)致滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，常因?yàn)樘筋^受到煤泥污染遮擋而漏報(bào)火情，需要定時(shí)人工清潔鏡面。為避免探測(cè)盲區(qū)及誤報(bào)，光學(xué)火焰探測(cè)器通常在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)對(duì)角斜朝下安裝，在探測(cè)器錐形探測(cè)范圍內(nèi)應(yīng)杜絕錯(cuò)誤報(bào)警源。此外，該系統(tǒng)由于依賴車輛電源供電，當(dāng)車輛斷電熄火后自動(dòng)滅火偵測(cè)停止工作，無(wú)法對(duì)熄火后的車輛作出自動(dòng)檢測(cè)撲救。

3 滅火系統(tǒng)關(guān)鍵元部件前沿技術(shù)

3.1 火源探測(cè)器

常用火源探測(cè)器類型有：用于探測(cè)溫度的熔斷式探測(cè)器、熱電偶傳感器、線性感溫電纜；用于探測(cè)明火火焰的紅紫外光波探測(cè)器。

1）目前較先進(jìn)的熔斷式火源探測(cè)器與觸發(fā)器一體式集成，當(dāng)火情發(fā)生后探測(cè)器內(nèi)部熔斷后打開(kāi)觸發(fā)器內(nèi)高壓氣囊，在管網(wǎng)內(nèi)形成的瞬間高壓將滅火罐閥門打開(kāi)。該元件具有靠性高，免維護(hù)及易更換的特點(diǎn)。

2）線性感溫電纜是礦山設(shè)備常用的感溫元件，電纜內(nèi)部為感溫絕緣材料包裹的2 根彈性鋼絲，當(dāng)火情發(fā)生后熔斷感溫絕緣材料并使2 根鋼絲接觸，控制主機(jī)監(jiān)測(cè)到鋼絲短路信號(hào)后輸出滅火指令[4]。使用感溫電纜時(shí)應(yīng)注意防止由于外力損傷及高溫老化等原因?qū)е碌恼`報(bào)、漏報(bào)。

3）紅紫外雙波段探測(cè)器具有誤報(bào)率低、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，可通過(guò)迅速探測(cè)物質(zhì)燃燒火焰中的不可見(jiàn)光輻射判定火情?；鹧嫣綔y(cè)器響應(yīng)時(shí)間可縮短至毫秒級(jí)，可用于抑爆系統(tǒng)的傳感元件，用于阻斷氣體爆炸、炸藥爆炸及坦克內(nèi)部消防[9]。

3.2 滅火劑

新型超細(xì)干粉滅火劑兼具化學(xué)滅火和物理滅火特點(diǎn)，通過(guò)與火焰接觸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)奪取燃燒自由基與熱量[10]，對(duì)車輛油料火災(zāi)有良好的滅火效果。但由于駕駛室、客箱與發(fā)動(dòng)機(jī)艙的火災(zāi)原因及特點(diǎn)不同，駕駛室及客箱滅火，封閉艙室內(nèi)使用干粉滅火對(duì)車內(nèi)人員有較大危害，容易遮擋逃生視線及造成窒息，使用水系滅火劑具有滅火能力強(qiáng)、無(wú)毒、易降解的特點(diǎn)，通過(guò)水霧噴頭實(shí)現(xiàn)精細(xì)噴淋[11]，可使大量細(xì)顆粒狀滅火劑能在火源表面形成巨大反應(yīng)面，通過(guò)帶走火源熱量降低溫度的方式，達(dá)到滅火目的。

4 結(jié) 語(yǔ)

煤礦井下車載滅火系統(tǒng)的發(fā)展必然要與其實(shí)際需求相適應(yīng)，要求其能在爆炸性氣體環(huán)境、淋水、粉塵、震動(dòng)、碰撞、油污及缺少維護(hù)等惡劣工況下仍保持系統(tǒng)可靠工作，還須注意水系滅火劑在冬季高寒地域使用的防凍處理。此外，系統(tǒng)配置容量應(yīng)能有效抑制并徹底熄滅火情，確保不發(fā)生二次火災(zāi)。

1）限于煤礦井下爆炸性環(huán)境的特殊性，無(wú)電自動(dòng)滅火系統(tǒng)有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但由于感溫熔斷式探測(cè)器探測(cè)距離有限，應(yīng)根據(jù)探測(cè)器探測(cè)距離考慮布置位置及數(shù)量。滅火系統(tǒng)中啟動(dòng)器、探測(cè)器、氮?dú)馄考皽缁鸸薜葢?yīng)作冗余設(shè)計(jì)，可采用雙驅(qū)動(dòng)輸出以增強(qiáng)其可靠性，同時(shí)須減小元部件體積及簡(jiǎn)化連接方式，便于車體內(nèi)部布置及更換。

2）對(duì)于依賴電傳的自動(dòng)偵測(cè)式滅火系統(tǒng)，每次接通電源后系統(tǒng)應(yīng)開(kāi)啟自檢，各節(jié)點(diǎn)可通過(guò)二極管閃爍以顯示主機(jī)、探測(cè)器、執(zhí)行端口是否性能良好?？刂泼姘鍛?yīng)能顯示火情、系統(tǒng)運(yùn)行指示、故障指示并配置滅火按鈕、急停按鈕等，以便于駕駛員了解滅火器工作狀態(tài)、是否需要清潔光學(xué)探測(cè)器鏡面以及緊急操控。