矿井火灾风流的远程自动控制.pdf

第卷第期碟扩安全 年月 安全技木 文章编号 一一一 矿井火灾风流的远程自动控制 吴兵 , 周心权 , 谢宏 中国矿业大学北京校区资源与安全学院 , 北京 摘要 文章介绍了在火灾风流控制方面进行的软 、硬件 的研究成 果 , 主要包括矿井火 灾动 态模 拟 、 拉风方案制定 、 井下火 灾监测及实施风流自动控制等内容 。 关键词 矿井火灾风流控制监控 系统 中图分类号文献标识码 当井下发生火灾时 , 控制灾区的风流流动 , 一 方面可以防止烟流的扩散 、避免灾害的扩大 另一 方面可以有目的的保护避灾路线或救灾路线 , 为 人员撤退和灭火救灾争取时间 。 但是 , 井下火灾 的发生往往十分突然 , 而且发展迅速 , 为实现风流 控制的 目的 , 要解决以下几方面的问题 了解井下火灾发生后风流流动状况 。 这 一点是实施风流控制的前提 , 但存在的困难也最 大 。 利用成熟的矿井火灾动态模拟技术 , 是解决 此问题的一个可行方法 。 制定救灾控风方案 。 由经验丰富的火灾 救灾人员提出的控风方案也不外乎风流短路 、局 部反风 、全矿 反风等几种 。 这些方案对动态发展 的火情适应与否 , 实施后的效果如何 , 凭经验难以 判定 。 借助矿井火灾模拟技术 , 在相应时 间在系 统中加入控风设施对通风系统的作用 , 可以检验 其有效性和适应性 。 控风方案的实施 。 实施制定的控风方案 要求及时 、安全, 有种方法①派遣救护队构筑 控风设施②使用遥控 自动风门控风 。 方法①受 工作场所和保证人员安全的限制 , 在火灾下风侧 及危险区域难以实施 。 方法②则具有安全快捷的 特点 , 对于危险或偏远区域必须设置的风门 , 可以 采用此方法 。 我们在邢台煤矿进行的试验研究综合了课题 组从控风技术到硬件设施多年来的研究成果 , 在 井下研制建造了以压气为动力的遥控自动风门和 用于胶带输送机的喷淋灭火装置 , 并与矿井监测 系统相结合形成矿井防灭火系统 。 在技术上进一 步完善了矿井火灾动态模拟软件 的 适应性 , 并对胶带输送机火灾及早报警技术进行 了研究 。 监控系统的基本原理 建立在矿井监测系统上的矿井火灾监控系统 必须具备个功 能①地面监测井下各测点的 、 烟雾或温度等参数状况 , 并实时反 映在中心 站的监测屏幕上②具有对井下自动风门及防火 水幕进行遥控的功能 。 当前 , 国内生产的绝大多 数矿井监测系统都可完成上述功能 。 邢 台煤矿使 用的是森透里昂型监测 系统 , 采用 网络管理 方式 , 地面的各个计算机及井下 的探头 、信号转接 器 、控制器等都 可直接并联接人网络 。 系统的供 电方式为干线供电 , 井上 、, 井下为巧 、 俄的本安干线 。 信号传输采用位码串行 通讯 , 速率可达 。 系统配有 、 氏等 多种智能传感器 , 也可以配接各种模拟量输入 、开 关量输人 、开关量输 出及脉冲量输人的通用传感 器 。 对井下设备的控制方式主要有种①智能 传感器的就地控制 , 即当监测量超过预先设定的 报警限后 , 传感器报警并发出控制信号 , 直接控制 设备的断电或开停②智能分站或智能区域控制 器的就地控制 , 可对个区域进行简单或复杂的 连锁控制③地面中心站通过控制器对井下设备 进行直接控制 。 系统的结构框图如图 。 在有限的探头 、线路和设备条件下, 应合理 、 第卷 第期 蝶扩安 全 年月 碌碌祠 啄志蔽 〕〕 烟烟绷 绷 探探引引 百百训 ’’ 喷喷琳 启 , 矿车通过后又自动关闭 。 后者主要要求能地 面遥控启闭 , 以实现火灾时期烟流可能侵害区域 的风量控制 。 我们在邢台试验矿井研制的 自动风 门属于后者 。 该 自动风门分为控制 、 动力及无压 风门部分 , 其工作原理如图所示 。 图监控系统结构 经济地建立监测系统 。 针对试验矿井中胶带输送 机巷道多处于进风巷道 , 而且火灾危害极大的特 点 , 决定了火灾监测和风流控制主要针对胶带输 送机巷道进行 。 矿井胶带火灾的特点是火灾初期 产生大量的烟雾 , 的浓度也迅速增加 , 因此 , 采用烟雾探头可以及早发现火灾 。 由于胶带机机 头易发生火灾 , 而烟雾 、 〕的扩散需要一定距 离 , 在距机头的下风侧和巷顶高度内布 置探头和烟雾探头各个 。 在试验阶段使用 气样进行检测 , 测试 自动喷淋系统和自动控 风系统的状况 。 当井下火灾发生后 , 监控系统的动作过程是 首先烟雾探头报警 , 报警信号传送到地面中心站 , 同时探头发生声光报警信号并开启自动喷淋系统 洒水灭火若烟雾及浓度仍持续升高 , 相邻火 灾探头显示烟流正向下风侧蔓延 , 则调用相应的 局部控风方案并确定实施由中心站启动控风序 列控制自动风门动作 , 实施控风 。 实施控风后 , 还 应监测各火灾探头的状况 , 观察控风的效果 , 并积 极准备采取进一步的措施 。 控制系统动力系统 无压风门 图无压 自动风门控制原理 遥控自动风门的研制 井下火灾救灾最有效的手段是控制风流和用 水直接灭火 , 灾变时期的风流控制不仅要求及时 、 可靠 , 有时往往要求在危险区域进行 。 建立由地 面遥控的自动风 门 , 是实现灾变时期风流控制的 关键 。 按 自动风门在井下的作用可分为正常通风时 期用于行车行人的自动风门和灾变时期用于控风 的自动风门 。 前者主要以就地控制为主 , 即矿车 到达时通过声光信号或物理撞击力使风门自动开 监控系统接收到火灾警报后有种方式控制 自动风门 , 一是由智能传感器的控制输出直接启 动自动风门 , 实现风门的直接井下控制 。 但这种 方法的适应性较差 , 为防止产生误操作 , 不建议使 用 。 另一种是由救灾指挥组分析火情后 , 决定启 动控风方案 , 由控制器控制 自动风 门 。 风门开启 的动力由井下压气系统提供 , 电磁阀动作 , 使压气 进人气缸 , 气缸带动钢丝绳通过滑轮拖动风门实 现开启或关闭 。 当电磁阀断开时 , 气缸反向运动 , 风门在重锤的作用下复位 。 无压风门又称压力平衡式风 门 , 其结构如图 所示 。 两扇门 、 通过支撑臂及连杆连接 成一个整体 。 当门扇向前运动时 , 另一扇门 在连杆的带动下 向后运动 , 这样打开风门所受的 力只有启动风门时的启动力和重锤的重力 。 无压 风门的结构简单 , 控制方便 , 只需在支撑臂上连接 钢丝绳就可通过滑轮导向与气缸或重锤连接起来 即可实现风门的自动控制 。 重锤的大小可根据风 门的大小及阻力确定 , 一般为 一 。 风门本 身应有一定的强度 , 并需进行防漏 、 防火和防腐处 理 。 风门上的连杆为长短可调 的连接结构 , 伸长 连杆可使风门的严密程度增加 , 从而减小漏风 。 控风方案制定 矿井火灾模拟软件经过实际应用 、 多 次修改及试验矿井火灾验证 , 现已发展成为较成 熟的可应用于实际矿井火灾模拟的软件 。 本课题 第卷第期 蝶扩安 全年月 六六六六六六 寺寺〔 〔 奋二买 圈圈 引引引 暑口 口口口口口口口口口口口口口 目目目目目目目目 甲甲 叮叮 什什什什什什什什行 葵葵葵葵葵葵葵葵葵 拳拳拳拳拳拳拳拳拳 卫日日日日日 , 」」」」」 ’ 图无压风门结构 组对进行了大量完善和开发工作 , 其中 包括为解决火源特性难以估算而进行的火源特性 区间法等工作 。 的主要特点是将受烟流 影响的巷道划分为若干风流控制体 , 模拟计算每 一时间段 内每一控制体的温度 、 体积 、 浓度的变 化 , 提高了风流状态模拟的准确性 采用时间表模 拟火灾期间井下环境条件变化对火灾及风流的影 响 , 如风机开停 、通 风系统变化等 , 从而可 以模拟 控风方案的效果 。 在火灾模拟中 , 火源燃烧特性难以准确估计 是影响模拟结果可靠性的关键 。 当某一地点发生 火灾时 , 由于火源燃烧特性不同 , 对整个通风系统 造成的影响也不同 , 所采取的控风方案也不同 。 让火源的热生成速率 、 污染物生成速率等在一个 较大的可能范围内变化 , 以对通风系统的显著影 响 如热风压导致风流逆转 为标志 , 可以将火源 特性划分为几个区间 。 当火源特性在某一区间内 变化时 , 火灾造成的影响仅仅是巷道中风量的变 化 , 可以采用相同的控风方案 。 而火源特性一旦 超出这一区间 , 则火灾造成的风流逆转分支数及 位置发生变化 , 相应地就需要采取不同的控风方 案 。 火源特性区间划分的关键是寻找区间临界 点 , 可采用两端逼近的搜索法等获得 。 制定切实可行的火灾时期风流控制方案取决 于个方面 。 ①对发火地点的准确估计 。 不可能 给出所有可能发火地点的救灾控风方案 , 因此根 据井下可燃物的分布及火灾的可能性 、危害性, 制 定可能火源点的控风方案 。 ②火灾时风流状况的 准确掌握 。 从火灾形成到其充分发展是一个动态 变化的过程 , 借助矿井火灾模拟软件和 火源特性区间法 , 可以获得比较准确的火情数据 。 如果能将火灾模拟结果与监测 系统的数据进行对 比 、校正, 则得到的井下火灾状况数据将更 为真 实 、可靠。 ③控风方案的效果 。 当前 , 依据经验和 定性分析方法结合矿井实际仍然是制定控风方案 的主要方法 , 利用的时间表功 能插人控 风措施引起的变化 , 可以检验方案实施后的效果 , 从而从众多的可行方案 中挑选出适应性强 、容 易 实施的较优方案 。 我们在邢台煤矿火灾时期风流控制方案的制 定中 , 以东翼胶带输送机巷的防火控风为重点 , 对 一 胶带巷火灾 、 东副巷胶带巷火灾提出多 个控风方案 , 经验证比较后确定较优方 案 。 每一方案包括以下内容①火源特性区间的 确定②每一火源区间内火灾时期的风流状态③ 控制风流的目的及相应的避灾路线④风流控制 方案及需进行的系统建造⑤风流控制的效果及 安全状况分析 。 结论 矿井火灾时期风流控制的研究虽然仍存在一 些不尽完善的地方 , 但通过实际矿井的应用研究 已使得单纯的火灾控风理论和模拟研究 , 向软硬 件相结合的控风系统研制迈出了一大步 。 得出的 几点结论如下 充分发挥矿井监测系统的监控功能 , 建立 由地面监控中心 站遥控井下风门的自动控风系 统 , 实现了火灾控风理论与实施硬件的结合 。 应用矿井火灾动态模拟软件及 火源特性区间法 , 可获得符合实际 的井下火灾状 况 。 应用的时间表功能 , 检验定性方法 制定的控风方案效果 , 提高其实用性和可靠性 。 无压 自动风门系统经济 、结构简单、操作 方便 , 用于火灾时期的远程自动控制具有一定的 优越性 , 在火灾烟流控制 中有广 阔的推广应用价 值 。 作者简介吴兵 一 , 男 , 硕士 , 副教授 , 现在 中国矿业 大学北京校区资源与安全学院从事安全技术及 工程专业的教学与科研工作 。 收稿日期 一一 责任编样郭瑞年