礦用防爆無軌膠輪車火災預防對策及自動滅火系統

何景強

（中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西 太原030006）

防爆無軌膠輪車作為汽車家族中的一類專用汽車，是一種經濟、高效的煤礦巷道輔助運輸裝備，在現代化煤礦井下人員和物料運輸、設備搬移中起著重要作用[1]。然而由于防爆無軌膠輪車部分由地面汽車改裝而來，且工作在含有爆炸性氣體環境的煤礦井下，一旦發生車輛火災事故，其所造成的損失遠遠超過地面汽車火災，不但焚毀車輛本身,甚至引起二次爆炸,造成重大安全事故[1-2]，因此分析無軌膠輪車火災特點并從根本上防范防爆無軌膠輪車火災的發生具有重大意義。

1 防爆無軌膠輪車火災特點分析

防爆無軌膠輪車火災成因及特點與地面汽車火災有相同之處，也有其自身特點。依據我國防爆無軌膠輪車制造標準MT 990—2006《礦用防爆柴油機通用技術條件》和MT 989—2006《礦用防爆柴油機無軌膠輪車通用技術條件》規定：防爆無軌膠輪車所用防爆柴油機表面溫度不得超過150℃，尾氣溫度不得超過70℃，冷卻水溫度不得超過95℃或設計值，否則柴油機將自動保護熄火，停止工作。根據上述標準，我國防爆柴油機無軌膠輪車均配備柴油機保護系統，即車輛尾氣溫度、水洗箱水位、柴油機表面溫度、內外循環水溫等參數異常時，柴油機均可實現自動停機，因此柴油機保護系統可有效防止車輛高溫起火現象的發生[3-5]。然而防爆無軌膠輪車工作任務繁重，每天工作時間一般不低于14 h，尤其綜采工作面搬家倒面期間，支架搬運車、鏟板式搬運車每天作業時間可達到20 h，如無特殊故障甚至連續15 d不熄火作業。煤礦井下條件惡劣，車輛常常發生與煤壁碰撞現象，導致車輛故障頻發，加之備件質量問題和檢修維護工作不到位等眾多因素，保護系統常發生意外失效現象，進而留下火災隱患，防爆車輛火災具有以下特點。

1）發生時間不確定性。防爆無軌膠輪車是24 h全時段作業車輛，只要具備燃燒的三要素（可燃物、助燃劑、引火源）就有可能出現火情。據了解，1個以無軌輔助運輸方式為主的煤礦生產企業，每班在井下作業的防爆膠輪車最多可達50多臺，其中不乏超期服役車輛和車況較差的車輛，一旦車載保護系統失效，車輛意外高溫或短路即可引發火災事故。

2）可燃物與火災類型固定。防爆無軌膠輪車一般帶有柴油、液壓油、機油等可燃液體，同時車輛表面附著的煤泥、老化的膠管、電纜等均為可燃物，另外煤礦井下環境含有爆炸性氣體。根據燃料性質，我國將火災分為5種類型，火災類型及可燃物舉例見表1。由此可知，防爆柴油機驅動的無軌膠輪車火災類型主要有B類、C類，另外電驅動的無軌膠輪車還包括帶電火災[6-8]。

表1 火災類型及可燃物舉例

3）高溫源位置固定。目前防爆柴油機系統的高溫部件如渦輪增壓器、排氣岐管、排氣管、空氣壓縮機等均采用水套冷卻設計，水循環工作正常情況下是表面不會超過150℃。只有當防爆無軌膠輪車的車輛保護系統失效，發動機冷卻系統意外缺水的特殊情況下，發動機的排氣歧管、排氣管、渦輪增壓器、空氣壓縮機等部位會成為高溫引火點。另外防爆車輛電氣系統電壓一般為24 V，其電氣系統短路故障亦可引發火災[9]。

4）撲救難度大。根據標準，防爆無軌膠輪車在出廠均設計有消防裝置，標準中要求無軌膠輪車應配置車載滅火系統或便攜式滅火器等消防裝置，且功率超過70 kW的防爆柴油機應配備車載滅火系統或至少2臺便攜式滅火器。車載滅火系統啟動時，防爆柴油機自動熄火[3]。目前市場上防爆無軌膠輪車消防裝置多以便攜式滅火器為主。然而車輛火災一般發生在發動機艙內，防爆車輛由于工作環境惡劣，為保護發動機，發動機艙設計相對封閉，著火點相對隱蔽，司機往往無法準確判斷著火點位置，延誤滅火時機。煤礦井下巷道采用強制通風，會加劇火勢蔓延，極難撲滅。因此安裝可靠的自動滅火系統是提高車輛火災撲救效率的有效措施。

2 防爆無軌膠輪車火災預防對策

火災發生的3個基本要素為：助燃劑、可燃物和引火源。在火災防治中，如果能夠阻斷三要素中的任何一個要素就可以達到防火滅火的目的[10-11]。結合防爆無軌膠輪車的制造標準和煤礦井下使用環境可知，阻斷可燃物和引火源是預防對策的根本出發點，據此得出預防對策如下：

1）車輛在設計、制造時應制定嚴格的管線布置規程或企業標準，嚴格選購符合相關標準的液壓膠管及阻燃電纜。液壓膠管、水管的排布應注意避免管線交叉磨損，同時膠管、電纜應遠離熱源或使用鋼管替代，高溫源附近應做特殊結構設計，避免油液或煤泥等可燃物積聚。車輛電氣系統設計時應加裝短路、斷路保護裝置，在電氣線路出現斷路、短路時系統自動切斷電源。防爆車輛設計時，功率超過70 kW的防爆柴油機應同時設計有自動滅火系統和便攜式滅火器。自動滅火裝置可自動偵測指定區域的火源并自動觸發滅火動作，同時應具備手動觸發滅火動作功能，以防自動偵測失效時可手動實現滅火。在僅配置便攜式滅火器時，封閉的發動機艙應設計有便于滅火劑噴射入艙內的預置管路，以便于火災發生時，司機或其他消防人員可第一時間將滅火劑方便的噴射至發動機艙內部或高溫源附近，達到滅火目的。

2）煤礦生產企業應嚴把采購關，采購具有相關資質、正規廠家生產的合格產品。在車輛管理及檢修方面，制定嚴格的車輛保養、檢修制度。礦企與車輛生產廠家根據車輛使用情況共同制定保養、檢修、大修周期，嚴格做好車輛保養維護工作。車輛檢修人員應具備較強的理論知識和操作經驗，定期對檢修人員進行專業培訓，培訓合格后方可上崗。車輛應每班清洗保持車輛清潔，發動機艙無油污、煤泥等可燃物積聚，但不得用高壓水槍沖洗防爆電氣元件，以免進水短路。車輛應每班進行管路檢查，確保車輛無水管、油管滲漏情況，確保車輛油、水充足，尤其是班前確認車輛保護系統和消防裝置的有效性。嚴禁非專業人員拆解維修防爆電氣元件，嚴禁違規拆除防爆元件和發動機保護系統。

3）嚴格司機培訓上崗制度。司機必須通過所駕駛車輛專業理論知識、檢修操作知識、常見故障診斷、車輛消防知識的培訓考核合格后方可上崗。司機應具備一定的故障診斷和檢修知識，能夠處理車輛常見故障，遇到火災發生時能夠按培訓要求第一時間采取合適的滅火措施，減少損失。建議每車固定對應1～2個司機，同時也是車輛責任人，司機兼開車和檢車責任，除車輛重大故障外，車輛均由司機進行檢修，以確保車輛故障處理的及時性。

3 自動滅火系統選型及在防爆車輛上的應用

目前我國市場上出現的車載滅火裝置的工作原理大致相同，將固定管路和噴嘴預置在易起火區域周圍（一般為發動機艙），通過手動觸發或自動觸發開關，觸發高壓氮氣噴出，由高壓氮氣驅動滅火劑沿預置管路和噴嘴噴出，達到滅火目的。而觸發原理各廠家生產的產品有所不同。

3.1 ZFC5/8礦用防爆膠輪車干粉滅火裝置

該車載滅火裝置由包頭市國安科技有限公司開發，主要應用于礦井隔爆型膠輪車的發動機艙等易燃易爆區的火焰探測。并輸出報警信號，驅動隔爆型電磁閥，使干粉滅火器工作，達到滅火目的。該裝置由礦用隔爆型火焰傳感器、礦用隔爆型滅火裝置控制器、礦用隔爆型電動球閥、干粉滅火器、管路及噴嘴等組成。其工作原理為：火焰傳感器放置在防爆膠輪車發動機部，當任一火焰探頭捕捉到火焰信號（光波探測），火焰傳感器將信號發送給控制器，控制器驅動電磁閥，使干粉滅火器內干粉滅火劑通過管路和噴嘴迅速工作覆蓋發動機部布控區，實現膠輪車發動機部自動滅火保護。該裝置同時具備手動觸發功能，拉下礦用隔爆型滅火裝置控制器緊急拉環，啟動防爆球閥，打開滅火器，實現手動滅火。

該裝置的優點在于其可通過探測明火光波的波長和設定溫度來檢測火災的發生，且不受煙霧和起火點遠近的干擾，靈敏度高，檢測精確，且具有我國礦用產品安全標志證書。其缺點在于必須依賴于外部車輛提供電源，如系統無電源供電時，系統無法觸發電磁閥啟動滅火動作，因此當車輛無電時如發生火災，該裝置將無法啟動滅火動作。另外，如果外部光波信號接近火源光波時（如電焊作業），該裝置易發生誤動作。因此不建議在地面使用該滅火裝置，僅限于井下使用（井下不允許電焊作業）。

3.2 ANSUL LT-A-101自動滅火裝置

ANSUL LT-A-101固定滅火系統是一種預制的、固定噴頭的系統，典型的應用包括地面礦山設備、地下采礦設備、森林收獲設備、建筑設備、農業機械、市政運輸車輛等。該裝置主要由儲存干粉滅火劑的容器、手動或自動的啟動系統、將藥劑從儲罐通過高壓軟管和固定噴頭輸送到保護范圍的分配管線等3部分組成。干粉儲存容器中儲存的藥劑為FORAY干粉滅火劑，該滅火劑適合于A、B、C類火災。氣體驅動氮氣瓶為干粉系統啟動提供驅動壓力。該系統可以通過安裝在儀表盤或車輛外部的氣動啟動器手動啟動。干粉滅火藥劑從儲罐通過高壓軟管、預置噴頭輸送到火災保護區域或火災發生的表面。電氣式自動探測系統用于車輛火災的自動探測，系統通過內部模塊電池提供電源。電氣式探測系統使用線型探測器（感溫電纜），該控制模塊具有抗震抗抖功能，具有自診功能。該滅火系統通過了美國FMRC的測試及認證，但無我國國家安標認證，因此其自動電氣檢測功能并不適用于我國煤礦井下，僅手動觸發功能不涉及電氣防爆可應用于我國防爆無軌膠輪車上。

3.3 德國protecfire自動滅火裝置

該自動滅火裝置由德國protecfire公司開發，采用自行研發的精細噴霧噴頭結合極速火災探測技術，可探測到初起火災并迅速啟動滅火過程，在沒有利用高壓技術的情況下也可達到最佳滅火效果。其工作原理為通過專用的火源探測器SPY15探測環境溫度參數，且在不同的區域可安裝不同溫度參數的探測器，可供觸發溫度包括 68、110、141、182、260℃。滅火劑可選用普通干粉滅火劑和TIBOREX ULTRA滅火劑，TIBOREX ULTRA滅火劑為純藥劑，使用時無需稀釋，工作溫度為 -30～+80℃范圍內。該滅火劑可在滅火罐中儲存長達5年，可生物降解（DIN EN ISO 9888），對人體無危害，該滅火劑不屬于危險物質。其觸發原理為氣動控制觸發管路，無需供電，滅火系統不需要借助任何外力啟動滅火過程，百分之百機械自動啟動，在備用（就緒）狀態下管道內無壓力。根據使用方式可選單線、雙線2種系統，單線系統中探測和滅火管線采用1條管路的系統，雙線系統中探測和滅火管線相互獨立，以達到最佳滅火效果。

該裝置火災探測通過探測器內的熱敏釋壓元件（玻璃泡）吸收熱量達到其預設的爆裂溫度來實現，預設溫度可根據試驗確定選擇不同的溫度參數。一旦觸發，熱敏釋壓元件爆裂，內部的高壓氬氣罐被內部預置彈簧機組打開，管道氣體壓力立即上升，并通過detexline到達滅火罐控制單元，從而迅速啟動滅火過程。由于其無需供電，安全可靠，更適用于含爆炸性氣體的煤礦環境。礦用車輛工作條件惡劣，車輛與煤壁發生碰撞頻繁，因此在安裝時需要做好防護，以防車輛碰撞或檢修時意外觸發系統。

4 結語

防爆無軌膠輪車消防安全是一項較為復雜的技術課題和設備安全管理使用工作。車輛表面的油污煤泥積聚、布置混亂的膠管電纜是火災的主要可燃物，發動機艙意外高溫、電纜磨損短路是主要引火源。其涉及到車輛設計制造、車輛檢修與保養、車輛駕駛人員的素質、車輛管理規章制度的完善與執行、礦井安全生產建設等眾多方面。

1）車輛制造商應從設計制造方面避免車輛表面油污煤泥的積聚，避免膠管、電纜、可燃液體等可燃物與可能的高溫源接觸。并優先安裝車載自動滅火系統，車載自動滅火系統推薦選擇無需供電、機械式觸發、管路無壓的成套相關產品，并同時具備自動、手動觸發功能；若封閉式發動機艙采用便攜式滅火器作為主要消防裝置時，應在發動機艙配置預置管路，以便于使用便攜式滅火器快速將滅火劑送達機艙內部；車輛電氣系統應配置短路、斷路保護裝置。

2）煤礦生產企業對防爆無軌膠輪車應定時檢修，每班檢查，確保柴油機保護系統有效，不得擅自拆除或更改原廠配置，及時更換磨損的電纜、失爆元件，確保車輛油、水充足。增強隱患排查制度，按標準規范修理設備，提高設備技術狀況，提高檢修及使用人員的專業素質，強化消防安全意識和知識，強化搶險預案及消防演練，定期檢查更換車輛配備的消防裝置。只要各級管理人員重視防爆無軌膠輪車的消防工作，落實各級管理人員的責任制度，既可實現防爆車輛消防安全事故為零的目的。