煤礦機(jī)電硐室全氟己酮滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為提高趙家梁煤礦機(jī)電硐室外因火災(zāi)防治能力，理論分析了采用煙霧信號(hào)和火焰信號(hào)探測(cè)火災(zāi)的可能性，采用懸掛式滅火器串聯(lián)連接延時(shí)釋放的可行性，設(shè)計(jì)計(jì)算了中央變電所探測(cè)器數(shù)量和滅火劑儲(chǔ)存量。結(jié)果表明，為滿足火災(zāi)防治要求，中央變電所需要煙霧探測(cè)器和火焰探測(cè)器各4個(gè)，探測(cè)器安裝間距為7.5m，探測(cè)器至端側(cè)的距離為3.75m，探測(cè)器到最遠(yuǎn)點(diǎn)水平距離為4.80m，采用懸掛式滅火器，單個(gè)滅火器最大容量為30kg，滅火器數(shù)量為16個(gè)，滅火器延時(shí)繼電器延時(shí)間隔為0.05s，滅火控制器為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，滅火劑釋放倒計(jì)時(shí)為30s。

關(guān)鍵詞：機(jī)電硐室；全氟己酮；滅火系統(tǒng)；煤礦智能化

煤炭是我國(guó)能源的主要形式和新型能源體系的重要載體，在中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。煤礦井下的機(jī)電硐室是礦井供電系統(tǒng)中的重要組成部分，機(jī)電硐室內(nèi)的變壓器、高爆開關(guān)和電控柜等電氣設(shè)備成為重要的外因火災(zāi)隱患。

為防止機(jī)電硐室火災(zāi)，減少火災(zāi)對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響，目前有關(guān)學(xué)者做了大量有關(guān)煤礦井下外因火災(zāi)防治技術(shù)的理論研究和試驗(yàn)研究。段志昆[1]開展了礦井區(qū)域自動(dòng)滅火系統(tǒng)研究與應(yīng)用，結(jié)果表明，礦井區(qū)域自動(dòng)滅火系統(tǒng)消除了滅火系統(tǒng)在煤礦智能化建設(shè)中的盲區(qū)。李光宇等[2]開展了基于機(jī)器視覺和灰色模型的礦井外因火災(zāi)辨識(shí)與定位方法研究，結(jié)果表明，采用大基線攝像機(jī)可以降低距離測(cè)量誤差，提高外因火災(zāi)辨識(shí)與定位精度。屠越等[3]開展了超細(xì)干粉和七氟丙烷滅火劑對(duì)電纜溝火災(zāi)滅火效能影響研究，結(jié)果表明，七氟丙烷在噴出瞬間，能夠迅速排出電纜溝內(nèi)的空氣，增強(qiáng)了受限空間內(nèi)的窒息效果，最終滅火成功，大截面電纜減少了超細(xì)干粉與燃燒物表面的接觸面積，進(jìn)而削弱了超細(xì)干粉的滅火效果，最終導(dǎo)致滅火失敗。

綜上所述，研究者大多通過火焰、煙霧或圖像感知火災(zāi)，通過超細(xì)干粉、七氟丙烷或者全氟己酮進(jìn)行滅火，為了系統(tǒng)研究機(jī)電硐室滅火系統(tǒng)，進(jìn)行機(jī)電硐室火災(zāi)探測(cè)和滅火，需要開展煤礦機(jī)電硐室全氟己酮滅火系統(tǒng)研究，為煤礦外因火災(zāi)防治提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 全氟己酮性能

全氟己酮在常溫常壓下是液體，沸點(diǎn)為48～49℃，全氟己酮易于汽化且汽化迅速，蒸發(fā)熱是水的1/25，蒸汽壓是水的25倍。全氟己酮臭氧層損耗值為0，在大氣中殘存時(shí)間為3～5天，溫室效應(yīng)值小于1，滅火濃度為4%～6%，無毒性反應(yīng)濃度為10%，安全余量比較高，在使用時(shí)對(duì)人體比較安全。

全氟己酮通過物理和化學(xué)機(jī)理進(jìn)行滅火，一是冷卻降溫滅火，全氟己酮液體噴出后遇熱迅速汽化，吸收周圍的熱量，降低周圍環(huán)境溫度，中斷燃燒。二是隔絕窒息滅火，全氟己酮?dú)怏w密度為13.6kg/m3，遠(yuǎn)大于空氣密度，噴出后自動(dòng)下落可以排擠出可燃物周圍的氧氣，覆蓋可燃物，隔絕氧氣進(jìn)行滅火。三是化學(xué)抑制滅火，全氟己酮在600℃左右發(fā)生分解，分解產(chǎn)物能夠捕捉燃燒產(chǎn)生的自由基，終止引起火焰?zhèn)鞑サ逆準(zhǔn)椒磻?yīng)，從而使燃燒停止[4]。

2 全氟己酮滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1" 火災(zāi)探測(cè)器選擇

機(jī)電硐室內(nèi)主要有電氣設(shè)備、阻燃電纜以及設(shè)備殼體接觸面上的絕緣油，機(jī)電硐室一旦發(fā)生火災(zāi)，最先產(chǎn)生的是火焰，當(dāng)火焰持續(xù)炙烤電纜或者絕緣油時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧和熱量以及少量的一氧化碳?xì)怏w。機(jī)電硐室高度一般小于6m，可選用點(diǎn)式煙霧探測(cè)器，機(jī)電硐室位于井下，會(huì)有一部分粉塵產(chǎn)生，不宜選擇線型光束煙霧探測(cè)器。機(jī)電硐室一般是先產(chǎn)生火焰，后產(chǎn)生煙霧，井下無明火作業(yè)，可選擇點(diǎn)式火焰探測(cè)器?？紤]到探測(cè)器漏報(bào)和故障，一個(gè)防火分區(qū)內(nèi)或者一個(gè)滅火控制器連接的火焰?zhèn)鞲衅骱蜔熿F傳感器數(shù)量均大于等于2。

2.2" 滅火器選擇

根據(jù)滅火器容量和安裝方式，滅火器分為懸掛式滅火器和柜式滅火器，懸掛式滅火器為了方便安裝，直徑不超過400mm，高度不超過700mm，容量不超過30kg，柜式滅火器直接放置在地板上，儲(chǔ)存瓶直徑一般為400mm，高度可達(dá)1500mm，容量可高達(dá)150kg。

煤礦井下的機(jī)電硐室由于面積有限，安裝設(shè)備較多，如果安裝柜式滅火器將會(huì)占用較大的地面面積，因此，機(jī)電硐室在選擇滅火器時(shí)優(yōu)先選擇懸掛式滅火器，單個(gè)滅火器容量為30kg，當(dāng)一個(gè)滅火器容量不滿足滅火要求時(shí)，可通過將多個(gè)相同型號(hào)的滅火器串聯(lián)，通過延時(shí)繼電器順序控制滅火器中滅火劑的釋放。以三個(gè)滅火器串聯(lián)為例，當(dāng)需要啟動(dòng)滅火器時(shí)，電源接通，延時(shí)繼電器開始工作，一號(hào)繼電器通電后立即接通，二號(hào)繼電器通電0.05s后接通，三號(hào)繼電器通電0.1s后接通，與此同時(shí)，一號(hào)滅火器直接啟動(dòng)，二號(hào)滅火器延時(shí)0.05s后啟動(dòng)，三號(hào)滅火器延時(shí)0.1s后啟動(dòng)，滅火器串聯(lián)示意圖見圖1。

2.3" 滅火控制器設(shè)計(jì)

滅火控制器是采集火災(zāi)信息、發(fā)出報(bào)警信號(hào)和控制滅火劑釋放的重要裝置。滅火控制器通過火焰和煙霧探測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火焰和煙霧信號(hào)，為防止火災(zāi)探測(cè)器漏報(bào)、誤報(bào)和探測(cè)器故障，滅火控制器的自動(dòng)控制應(yīng)由同一防護(hù)區(qū)域內(nèi)兩只獨(dú)立的火災(zāi)探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)或防護(hù)區(qū)外的緊急啟動(dòng)信號(hào)，作為系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)觸發(fā)信號(hào)。滅火控制器聯(lián)動(dòng)觸發(fā)時(shí)，控制聲光報(bào)警器進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)滅火控制器開始滅火劑釋放倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)可在0～300s之間進(jìn)行設(shè)置，倒計(jì)時(shí)默認(rèn)30s，在倒計(jì)時(shí)過程中可以隨時(shí)通過滅火控制器上的手動(dòng)控制功能緊急停止釋放，倒計(jì)時(shí)結(jié)束后若未采取手動(dòng)控制，滅火控制器會(huì)啟動(dòng)滅火器進(jìn)行釋放。滅火控制器工作電壓可在660V、380V、220V和127V之間進(jìn)行選擇，為方便在地面遠(yuǎn)程操作滅火控制器，滅火控制器還具有通信接口，滅火控制器工作原理見圖2。

3 全氟己酮滅火系統(tǒng)應(yīng)用

3.1" 機(jī)電硐室簡(jiǎn)介

趙家梁煤礦中央變電所長(zhǎng)30.00m，斷面形狀為半圓拱，巷道寬5.50m，巷道壁高1.20m，巷道中心高3.95m，斷面積為18.48m2，容積為554.40m3。中央變電所采用砌碹支護(hù)，變壓器、高爆開關(guān)和電控柜沿兩側(cè)布置，設(shè)備最高為1.30m。

3.2" 傳感器設(shè)計(jì)

中央變電所火災(zāi)監(jiān)測(cè)所用探測(cè)器主要有煙霧探測(cè)器和火焰探測(cè)器，煙霧探測(cè)器和火焰探測(cè)器的保護(hù)半徑均為5.8m，為方便管理和安裝整齊，煙霧探測(cè)器和火焰探測(cè)器并排布置在中央變電所巷道中心線對(duì)應(yīng)的頂部?jī)蓚?cè)，距巷道中心線水平距離均為0.25m。中央變電寬度為5.5m，探測(cè)器最大保護(hù)半寬為3.0m，經(jīng)計(jì)算探測(cè)器最大保護(hù)半長(zhǎng)為4.96m，需要探測(cè)器的數(shù)量為3.1個(gè)，取探測(cè)器的數(shù)量為4個(gè)，即需要煙霧探測(cè)器和火焰探測(cè)器各4個(gè)。探測(cè)器沿巷道方向安裝間距為7.5m，探測(cè)器至中央變電所端面的距離為3.75m，探測(cè)器到最遠(yuǎn)點(diǎn)水平距離為4.80m，小于探測(cè)器的保護(hù)半徑5.8m，設(shè)計(jì)滿足要求。

3.3" 滅火器設(shè)計(jì)

全氟己酮滅火劑滅火設(shè)計(jì)用量按下式計(jì)算：

式中：W—防護(hù)區(qū)全氟己酮滅火劑滅火設(shè)計(jì)用量，kg；

C1—滅火設(shè)計(jì)濃度，%；

S—滅火劑過熱蒸氣在101kPa和防護(hù)區(qū)最

低環(huán)境溫度下的比容，m3/kg；

V—防護(hù)區(qū)的凈容積，m3；

K—海拔修正系數(shù)。

滅火劑過熱蒸氣在101kPa和不同環(huán)境溫度下的比容按下式計(jì)算：

式中：T—防護(hù)區(qū)內(nèi)最低環(huán)境溫度，℃。

趙家梁煤礦中央變電所內(nèi)最低溫度為10℃，經(jīng)計(jì)算滅火劑過熱蒸汽在101kPa和防護(hù)區(qū)最低環(huán)境溫度下的比容為0.069m3/kg，海拔修正系數(shù)取0.884，滅火設(shè)計(jì)濃度為6%，經(jīng)計(jì)算，滅火劑設(shè)計(jì)用量為452.65kg，取滅火器噴放不盡的剩余量為設(shè)計(jì)用量的5%，滅火劑儲(chǔ)存用量為475.28kg。為減少滅火器所占用的地面面積，采用懸掛式滅火器，單個(gè)滅火器最大容量為30kg，所需滅火器數(shù)量為15.8個(gè)，取滅火器數(shù)量為16個(gè)。

3.4" 設(shè)備布置

煙霧探測(cè)器和火焰探測(cè)器并排布置在中央變電所巷道中心線對(duì)應(yīng)的頂部?jī)蓚?cè)，距巷道中心線水平距離均為0.25m，探測(cè)器沿巷道方向安裝間距為7.5m，探測(cè)器至中央變電所端面的距離為3.75m，探測(cè)器下表面至頂棚距離為150mm。滅火器沿中央變電所兩側(cè)均勻布置，采用串聯(lián)方式，通過延時(shí)繼電器控制滅火劑釋放，延時(shí)間隔為0.05s。緊急啟動(dòng)按鈕、聲光報(bào)警器和滅火控制器設(shè)置在中央變電所入口處，采用壁掛方式安裝，底邊距地面高度為1.4m，設(shè)置滅火控制器為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置滅火劑釋放倒計(jì)時(shí)為30s，全氟己酮滅火系統(tǒng)布置平面圖見圖3。

4 結(jié)束語

通過研究得出以下結(jié)論：第一，機(jī)電硐室選用點(diǎn)式煙霧探測(cè)器和點(diǎn)式火焰探測(cè)器，選用多個(gè)懸掛式滅火器串聯(lián)安裝，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通過延時(shí)繼電器控制滅火器順序釋放滅火劑。第二，趙家梁煤礦中央變電所設(shè)計(jì)煙霧探測(cè)器和火焰探測(cè)器各4個(gè)，探測(cè)器沿巷道方向安裝間距為7.5m，探測(cè)器至中央變電所端面的距離為3.75m，探測(cè)器到最遠(yuǎn)點(diǎn)水平距離為4.80m，小于探測(cè)器保護(hù)半徑5.8m。第三，趙家梁煤礦中央變電所采用懸掛式滅火器，單個(gè)滅火器最大容量為30kg，滅火器數(shù)量為16個(gè)，沿中央變電所兩側(cè)均勻布置，采用串聯(lián)方式，滅火劑釋放倒計(jì)時(shí)為30s，滅火器延時(shí)繼電器延時(shí)間隔為0.05s。

參考文獻(xiàn)

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