平顶山天安煤业股份有限公司八矿 河南平顶山 467000
摘要：本文通过对主斜井防灭火远程控制技术的探索研究，利用矿用新型监测预警系统及时发现火情，并通过地面远程控制系统打开井下自动感应喷雾，实现分段灭火，对井下通风设施进行远程控制，改变巷道风流方向将有毒有害气体引入专用回风巷道，最大程度上减少灾害蔓延，避免人员伤亡。为煤矿主斜井火灾事故的远程防治技术的发展和实践提供了理论依据和技术保证，为井下工作人员的生命安全提供了保障，对保证煤矿的安全生产，智慧矿山建设具有重要意义。
关键词：主斜井；防灭火；远程控制；监测预警；智慧矿山
1.引言
矿井火灾是煤矿常见的灾害之一，并且容易引发瓦斯爆炸等次生灾害，因此火灾防治一直是煤矿安全管理的重中之重[1]。主要进风巷道发生火灾事故最容易引起火灾事故蔓延，有毒有害气体的扩散，如果不能有效控制火灾事故蔓延，那么将造成很严重的危害[2]。煤矿主斜井不仅承担着主要进风巷的任务，还是主要的运输巷道，机电设备老化、皮带磨损等原因都容易引起火灾事故的发生，因此为了预防煤矿主斜井皮带运输过程中发生着火事故，最大程度上控制火灾扩散蔓延，本文通过对主斜井防灭火远程控制技术的探索研究，结合矿用新型监测预警系统，动态监测井下火灾频发点、区域风量、风门开关状态及开度调控情况，一旦发生火灾事故，通过监测系统及时发现着火点，并迅速发出预警，另一方面利用井下自动感应喷雾系统，实现分段灭火，若火势较大无法有效控制，再通过地面远程控制装置对井下通风设施进行操控，进行局部反风，将有毒有害气体引入回风巷道，最大程度上减少灾害蔓延，避免人员伤亡事故的发生。
2.矿井火灾监测预警及远程控制系统建立
根据主进风巷火灾的发生发展特点及灾变烟流的运移规律，建立井下监测预警及远程控制系统，实现火灾监测预警、自动启动灭火装置、调控风流、消除火灾，防止灾情扩大的目的。
2.1矿井火灾监测预警和远程控制系统的通信原理
通信系统是实现远程监控的关键，其包括通信设备和光缆。鉴于救灾系统的特殊性，监控光缆单独铺设，为了加强保护，由回风井入井，且在易着火及气体灾害区域采取埋地的方式铺设。通信设备使用光端机，集成在控制器（分站）和中心站内部。中心站与各分站之间采用PPI通信协议，上位机通过自由口协议调度各分站，分站数最多拓展129个，远程应急救援系统的分站数一般在 10 个以内。其特点在于：
（1）地面中心站可以随机读取各分站的信息并可以写入指令，但是通信方式只能实现半双工，对所有的救灾风门状态及周围环境信息进行集中监控。
（2）井下的各自动风门控制器分站也可单独工作，实现对其连接救灾风门的控制，在接受火情后长时间没有启动救灾指令，可以自发启动实现组合救灾功能。
（3）上位机通过自由口通信亦可以随时调用各分站读取信息和实现救灾功能。
2.2远程控制系统基础装置
火灾远程控制系统主要包括自动风门、井下各分站、交换机、中心站系统，还包括电磁阀、语音声光报警器、烟雾、温度、一氧化碳、风速风向传感器、速磁性开关传感器、本安电源（蓄电池）、井下电源和通信系统等关联设备。所有电器设备选型都选取矿用本安型，其中本安电磁阀由分站提供电源。自动风门开关利用压气作为动力源，自动风门所使用的SC-125×1025气缸，缸径为125mm，伸缩行程为1025mm，两道风门安装两个气缸，每个气缸控制一道风门，气缸固定后通过油丝绳牵引风门门扇。
电磁阀控制压风的通断，磁性开关传感器监测风门开关动作，风速和风向传感器计算巷道风量。
为了降低能耗，提高设备在井下环境的可靠性和系统断电后备用电源的工作时间，磁性开关传感器选取无源型的（不用电），本安电磁阀用于控制气缸的动作，最大动作电流为 20mA，静态工作电流只有 1mA。烟雾传感器选用矿用本安型，用于对周围烟雾环境采样，监测火情，利用矿用隔爆兼本安型电源供电（时间超过 5h）在井下灾变断电时能够正常工作。
2.3火灾条件下风流自动控制
根据巷道布置和通风系统情况设置多道远程电控气动救灾风门（自动风门），由这些风门组成一个矿井火灾应急救灾系统，平时其中一部分救灾风门处于常开状态，一部分处于闭锁状态。当灾害发生时，启动该应急救灾系统，处于常开状态的救灾风门立即关闭，切断由皮带巷进入采区的烟流，阻止有毒有害气体向采区流动和蔓延，避免了灾害的进一步扩大；而原来处于闭锁状态的救灾风门立即打开，将有毒有害气体直接导入专用回风巷。所有救灾风门采用高压气体作为动力源、气缸作为执行机构；电磁阀作为执行机构的控制元件；采用光纤通讯，将该救灾系统所有救灾风门的控制系统组成一个网络，在总调度室内进行远程控制。当井下发生火灾时，通过启动远程应急救灾系统来阻断有毒有害气体向采区流动和蔓延，并将其导入总回风巷，达到主要进风巷火灾应急救援的目的。
3.主斜井火灾监测预警和远程控制系统安设
八矿主斜井皮带巷全长2800米，-150下山，由地面进入新鲜风流，经过己五轨道下车场，进入己五采区。巷道一侧为高强皮带，一侧为轨道，巷道顶部安装管径200mm主水管供水管路，每200米安装一个矿用隔爆型电动阀门控制一组全断面防灭火喷雾，800米分为一段，每个防灭火喷雾可以单独控制，也可以整体或分段进行整体控制。
当主斜井皮带巷出现火灾或皮带摩擦冒烟时，巷道内的烟雾传感器，开停传感器处于导通状态，开停传感器将导通信号传送到分站相应的开停点，分站接到导通信号后通过干线传送到地面中心站。中心站的主机通过工作人员所编辑的控制时序发干线防爆电磁阀喷雾喷头出指令，分站一个开停点接到指令后动作，将一个11V左右的直流电压信号送到光电耦合器，通过光电耦合器的作用来控制喷雾系统的电磁阀，使电磁阀打开，水管导通，防灭火喷雾系统工作，向巷道内洒水。
根据主斜井通风系统情况分别在主斜井与丁5.6-11050集中回风巷联络巷、己五轨道下车场、己五采区回风下山联络巷设置自动控制风门。自动风门设施均与矿井监测预警系统联网，可通过地面控制中心远程操控。当主斜井发生火灾事故时，远程控制关闭己五轨道下车场的风门，同时打开己五回风下山联络巷风门将有毒有害气体导入回风巷道，阻止有毒有害气体向采区内蔓延；当巷道内火风压较大，风流出现逆转时，关闭己五轨道下车场风门，同时打开丁5.6-11050集中回风巷联络巷，实现主斜井局部反风，将回风流引入回风巷中。
4.总结
本文通过理论分析与现场工程试验相结合的方法对主斜井防灭火远程控制技术进行研究，其主要研究成果包括以下两个方面：
（1）研究了通风系统中主要进风巷火灾事故的危害，分析了矿井主进风巷防灭火远程控制机理。
（2）研发了火灾自动监测预警系统和远程控制自动风门，为实现矿井防灭火远程控制奠定基础。可以做到及时预警、远程调节开闭风门将有毒有害气体引入回风巷道和局部反风，保证了作业人员的人身安全和矿井的安全生产。
参考文献：
[1]蒋军成．矿井火灾烟气流动分析及防救灾决策系统研究[D]．徐州：中国矿业大学，1995．
[2]王省身，张国枢．矿井火灾防治[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1990.