煤礦機電硐室全氟己酮滅火系統設計

摘要：為提高趙家梁煤礦機電硐室外因火災防治能力，理論分析了采用煙霧信號和火焰信號探測火災的可能性，采用懸掛式滅火器串聯連接延時釋放的可行性，設計計算了中央變電所探測器數量和滅火劑儲存量。結果表明，為滿足火災防治要求，中央變電所需要煙霧探測器和火焰探測器各4個，探測器安裝間距為7.5m，探測器至端側的距離為3.75m，探測器到最遠點水平距離為4.80m，采用懸掛式滅火器，單個滅火器最大容量為30kg，滅火器數量為16個，滅火器延時繼電器延時間隔為0.05s，滅火控制器為自動運行狀態，滅火劑釋放倒計時為30s。

關鍵詞：機電硐室；全氟己酮；滅火系統；煤礦智能化

煤炭是我國能源的主要形式和新型能源體系的重要載體，在中國經濟發展中發揮著重要作用。煤礦井下的機電硐室是礦井供電系統中的重要組成部分，機電硐室內的變壓器、高爆開關和電控柜等電氣設備成為重要的外因火災隱患。

為防止機電硐室火災，減少火災對煤礦生產的影響，目前有關學者做了大量有關煤礦井下外因火災防治技術的理論研究和試驗研究。段志昆[1]開展了礦井區域自動滅火系統研究與應用，結果表明，礦井區域自動滅火系統消除了滅火系統在煤礦智能化建設中的盲區。李光宇等[2]開展了基于機器視覺和灰色模型的礦井外因火災辨識與定位方法研究，結果表明，采用大基線攝像機可以降低距離測量誤差，提高外因火災辨識與定位精度。屠越等[3]開展了超細干粉和七氟丙烷滅火劑對電纜溝火災滅火效能影響研究，結果表明，七氟丙烷在噴出瞬間，能夠迅速排出電纜溝內的空氣，增強了受限空間內的窒息效果，最終滅火成功，大截面電纜減少了超細干粉與燃燒物表面的接觸面積，進而削弱了超細干粉的滅火效果，最終導致滅火失敗。

綜上所述，研究者大多通過火焰、煙霧或圖像感知火災，通過超細干粉、七氟丙烷或者全氟己酮進行滅火，為了系統研究機電硐室滅火系統，進行機電硐室火災探測和滅火，需要開展煤礦機電硐室全氟己酮滅火系統研究，為煤礦外因火災防治提供理論和實踐依據。

1 全氟己酮性能

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

全氟己酮通過物理和化學機理進行滅火，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，降低周圍環境溫度，中斷燃燒。二是隔絕窒息滅火，全氟己酮氣體密度為13.6kg/m3，遠大于空氣密度，噴出后自動下落可以排擠出可燃物周圍的氧氣，覆蓋可燃物，隔絕氧氣進行滅火。三是化學抑制滅火，全氟己酮在600℃左右發生分解，分解產物能夠捕捉燃燒產生的自由基，終止引起火焰傳播的鏈式反應，從而使燃燒停止[4]。

2 全氟己酮滅火系統結構設計

2.1" 火災探測器選擇

機電硐室內主要有電氣設備、阻燃電纜以及設備殼體接觸面上的絕緣油，機電硐室一旦發生火災，最先產生的是火焰，當火焰持續炙烤電纜或者絕緣油時會產生大量的煙霧和熱量以及少量的一氧化碳氣體。機電硐室高度一般小于6m，可選用點式煙霧探測器，機電硐室位于井下，會有一部分粉塵產生，不宜選擇線型光束煙霧探測器。機電硐室一般是先產生火焰，后產生煙霧，井下無明火作業，可選擇點式火焰探測器。考慮到探測器漏報和故障，一個防火分區內或者一個滅火控制器連接的火焰傳感器和煙霧傳感器數量均大于等于2。

2.2" 滅火器選擇

根據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，儲存瓶直徑一般為400mm，高度可達1500mm，容量可高達150kg。

煤礦井下的機電硐室由于面積有限，安裝設備較多，如果安裝柜式滅火器將會占用較大的地面面積，因此，機電硐室在選擇滅火器時優先選擇懸掛式滅火器，單個滅火器容量為30kg，當一個滅火器容量不滿足滅火要求時，可通過將多個相同型號的滅火器串聯，通過延時繼電器順序控制滅火器中滅火劑的釋放。以三個滅火器串聯為例，當需要啟動滅火器時，電源接通，延時繼電器開始工作，一號繼電器通電后立即接通，二號繼電器通電0.05s后接通，三號繼電器通電0.1s后接通，與此同時，一號滅火器直接啟動，二號滅火器延時0.05s后啟動，三號滅火器延時0.1s后啟動，滅火器串聯示意圖見圖1。

2.3" 滅火控制器設計

滅火控制器是采集火災信息、發出報警信號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器實時監測火焰和煙霧信號，為防止火災探測器漏報、誤報和探測器故障，滅火控制器的自動控制應由同一防護區域內兩只獨立的火災探測器的報警信號或防護區外的緊急啟動信號，作為系統的聯動觸發信號。滅火控制器聯動觸發時，控制聲光報警器進行聲光報警，同時滅火控制器開始滅火劑釋放倒計時，倒計時可在0～300s之間進行設置，倒計時默認30s，在倒計時過程中可以隨時通過滅火控制器上的手動控制功能緊急停止釋放，倒計時結束后若未采取手動控制，滅火控制器會啟動滅火器進行釋放。滅火控制器工作電壓可在660V、380V、220V和127V之間進行選擇，為方便在地面遠程操作滅火控制器，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 全氟己酮滅火系統應用

3.1" 機電硐室簡介

趙家梁煤礦中央變電所長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，變壓器、高爆開關和電控柜沿兩側布置，設備最高為1.30m。

3.2" 傳感器設計

中央變電所火災監測所用探測器主要有煙霧探測器和火焰探測器，煙霧探測器和火焰探測器的保護半徑均為5.8m，為方便管理和安裝整齊，煙霧探測器和火焰探測器并排布置在中央變電所巷道中心線對應的頂部兩側，距巷道中心線水平距離均為0.25m。中央變電寬度為5.5m，探測器最大保護半寬為3.0m，經計算探測器最大保護半長為4.96m，需要探測器的數量為3.1個，取探測器的數量為4個，即需要煙霧探測器和火焰探測器各4個。探測器沿巷道方向安裝間距為7.5m，探測器至中央變電所端面的距離為3.75m，探測器到最遠點水平距離為4.80m，小于探測器的保護半徑5.8m，設計滿足要求。

3.3" 滅火器設計

全氟己酮滅火劑滅火設計用量按下式計算：

式中：W—防護區全氟己酮滅火劑滅火設計用量，kg；

C1—滅火設計濃度，%；

S—滅火劑過熱蒸氣在101kPa和防護區最

低環境溫度下的比容，m3/kg；

V—防護區的凈容積，m3；

K—海拔修正系數。

滅火劑過熱蒸氣在101kPa和不同環境溫度下的比容按下式計算：

式中：T—防護區內最低環境溫度，℃。

趙家梁煤礦中央變電所內最低溫度為10℃，經計算滅火劑過熱蒸汽在101kPa和防護區最低環境溫度下的比容為0.069m3/kg，海拔修正系數取0.884，滅火設計濃度為6%，經計算，滅火劑設計用量為452.65kg，取滅火器噴放不盡的剩余量為設計用量的5%，滅火劑儲存用量為475.28kg。為減少滅火器所占用的地面面積，采用懸掛式滅火器，單個滅火器最大容量為30kg，所需滅火器數量為15.8個，取滅火器數量為16個。

3.4" 設備布置

煙霧探測器和火焰探測器并排布置在中央變電所巷道中心線對應的頂部兩側，距巷道中心線水平距離均為0.25m，探測器沿巷道方向安裝間距為7.5m，探測器至中央變電所端面的距離為3.75m，探測器下表面至頂棚距離為150mm。滅火器沿中央變電所兩側均勻布置，采用串聯方式，通過延時繼電器控制滅火劑釋放，延時間隔為0.05s。緊急啟動按鈕、聲光報警器和滅火控制器設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，設置滅火控制器為自動運行狀態，設置滅火劑釋放倒計時為30s，全氟己酮滅火系統布置平面圖見圖3。

4 結束語

通過研究得出以下結論：第一，機電硐室選用點式煙霧探測器和點式火焰探測器，選用多個懸掛式滅火器串聯安裝，發生火災時，通過延時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計煙霧探測器和火焰探測器各4個，探測器沿巷道方向安裝間距為7.5m，探測器至中央變電所端面的距離為3.75m，探測器到最遠點水平距離為4.80m，小于探測器保護半徑5.8m。第三，趙家梁煤礦中央變電所采用懸掛式滅火器，單個滅火器最大容量為30kg，滅火器數量為16個，沿中央變電所兩側均勻布置，采用串聯方式，滅火劑釋放倒計時為30s，滅火器延時繼電器延時間隔為0.05s。

參考文獻

[1]段志昆.礦井區域自動滅火系統研究與應用[J].煤礦機械，2022，43（8）：227-228．

[2]李光宇，李守軍，繆燕子.基于機器視覺和灰色模型的礦井外因火災辨識與定位方法[J].礦業安全與環保，2023，50（2）：82-87．

[3]屠越，儀濤，王深哲，等.超細干粉和七氟丙烷滅火劑對電纜溝火災滅火效能影響研究[J].消防科學與技術，2023，42（6）：818-822．

[4]張松，楊歡歡.全氟己酮滅火劑在數據機房中的設計與應用前景[J].今日消防，2023，8（6）：27-30．