煤矿防灭火井下硐室自动灭火系统

1 煤矿井下硐室的火灾风险特性

煤矿井下硐室作为安置重要机电设备的专用空间，其火灾风险特性显著区别于普通巷道。机电硐室、变电所、泵房等场所通常包含变压器、开关柜、电缆等大量电气设备，这些设备长期运行易产生过热、电弧，成为火灾隐患。同时，井下环境空间封闭狭窄、通风条件受限，一旦发生火灾，高温烟雾难以扩散，火势会迅速蔓延，给人员疏散和火灾扑救带来极大挑战。

煤矿井下硐室火灾的成因复杂多样，主要可分为电气设备过载、电缆绝缘老化、机械设备摩擦过热及易燃材料引燃等类型。这些火灾往往发展迅速，特别是在硐室内存在可燃物（如电缆绝缘层、液压油等）的情况下，火灾负荷较大。值得注意的是，井下硐室火灾通常起源于隐蔽火源，初始阶段不易察觉，但一旦蔓延，易引发连锁反应，甚至触发瓦斯爆炸等二次灾害，造成灾难性后果。

 

 

 

2 自动灭火系统设计的关键原则与规范

2.1 合规性与安全性原则

煤矿井下硐室自动灭火系统的设计（184-0591-8333技术交流）必须严格遵循国家及行业相关标准规范，这是确保系统安全有效运行的基础。《煤矿安全规程》 和《煤矿防灭火细则》 明确规定了煤矿井下消防设施的基本要求，强调自动灭火系统应具备早期预警、快速响应和可靠灭火的能力。同时，系统设计还需符合《矿用产品安全标志管理规定》 ，确保所有组件均具有矿用产品安全标志，以满足井下防爆、防护等特殊要求。

在灭火剂选择方面，需充分考虑其安全性及环保性。传统哈龙灭火剂因对臭氧层破坏已被淘汰，取而代之的是全氟己酮、超细干粉等新型环保灭火剂。全氟己酮灭火剂因其灭火效率高、绝缘性好、对设备无损且对人体安全等特点，特别适用于井下电气设备硐室的火灾防护。此外，系统设计还应考虑灭火剂释放后的通风与清理工作，避免因灭火作业影响井下空气质量及人员安全。

 

 

 

2.2 分区精准设计原则

煤矿井下不同硐室的火灾风险特性存在显著差异，（184-0591-8333技术交流）因此自动灭火系统需根据硐室功能、设备类型及火灾荷载进行分区精准设计。这一原则要求设计人员深入分析各硐室的火灾风险特点，确定最适宜的灭火系统与灭火剂，实现精准防护与经济性的平衡。

• 机电设备硐室：此类硐室以变压器、开关柜等电气设备为主，火灾通常由电气短路、过载引发。考虑到电气设备的绝缘要求及火灾特点，推荐采用全氟己酮灭火系统或高压细水雾系统。全氟己酮具有良好的绝缘性，灭火后不留残留，对精密电气设备无损害；高压细水雾则兼具冷却与窒息双重灭火机制，且用水量少，水渍损失小。
• 皮带输送机巷及井筒区域：这些区域因机械摩擦易产生高温或火花，引发煤炭或输送带燃烧。针对此类火灾，自动喷水灭火系统或超细干粉灭火系统更为适宜。如轩岗煤电公司焦家寨矿在井筒皮带区域采用的灭火装置，通过沿皮带走向铺设测温光缆，实现无盲区温度监测，自动控制洒水灭火。
• 注氮硐室与采空区：这些区域主要面临煤层自燃风险，需采用注氮或液态二氧化碳等惰化技术。如陕煤集团神木张家峁矿业公司构建的"五维一体"液态二氧化碳防灭火技术体系，通过地面钻孔垂直注液工艺，精准定位氧化带靶区，有效控制采空区自燃。
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2.3 系统可靠性原则

自动灭火系统在火灾发生时必须可靠启动并有效工作，（184-0591-8333技术交流）这要求系统设计遵循冗余配置、故障安全和定期检测三大理念。

• 冗余配置：关键组件如控制单元、动力源及探测传感器应采用冗余设计。例如，控制系统可采用主备双机热备模式，当主控制系统失效时，备用系统能无间断接管；探测系统应融合多类型传感器（如感温、感烟、火焰传感器等），通过多元信息融合提高火灾识别可靠性。
• 故障安全：系统设计应确保在故障情况下能够趋向安全状态。例如，控制阀在失电或失气时应自动处于火灾安全位置；报警系统在线路故障时应能发出故障信号，而非无声无息地失效。
• 定期检测：系统应设计便于检测和维护的功能，包括测试点、旁路设施和状态监控。现代自动灭火系统越来越多地集成远程监控和诊断功能，如晋能控股煤业集团白洞矿业公司的喷淋系统，通过水流指示器实时监测系统状态，确保其处于良好的待机状态。

 

 

 

3 自动灭火系统的选型与配置方案

3.1 高压细水雾灭火系统

高压细水雾灭火系统通过特殊设计的喷头在特定压力下（184-0591-8333技术交流）（通常不低于10MPa）将水分解成细小水滴，以其高效吸热与窒息作用实现灭火。细水雾粒径通常小于400μm，具有比表面积大、蒸发冷却效率高的特点，可快速降低火场温度，同时消耗大量氧气，形成局部缺氧环境，抑制燃烧链式反应。

在煤矿井下硐室环境中，高压细水雾系统具有显著优势：一方面，其用水量仅为传统喷水系统的10%，有效减少了水渍损失和对电气设备的损害；另一方面，细水雾具有良好的烟尘洗涤效果，可净化火灾产生的有毒烟雾和灰尘，改善井下逃生环境。值得注意的是，高压细水雾系统需配备高效过滤装置，防止井下水质中的杂质堵塞喷头，同时系统管道需采用耐腐蚀材料，以应对井下高湿环境。

系统设计时，喷头布置应确保全覆盖保护区域，间距通常不超过3米，并根据硐室高度适当调整。对于电缆夹层或大型变压器硐室，可采用区域分组控制方式，将保护区分成若干分区，火灾时只启动对应分区的喷头，以优化用水量并减少次生影响。

3.2 全氟己酮灭火系统

全氟己酮（FK-5-1-12）作为新型洁净灭火剂，其臭氧消耗潜能值为零，全球变暖潜能值极低，是符合环保要求的哈龙替代品。全氟己酮的灭火机理主要通过化学抑制实现，它在火焰中分解并与燃烧自由基反应，中断链式燃烧过程。同时，全氟己酮的汽化吸热特性也有助于降低火场温度。

在赵家梁煤矿机电硐室的设计中，全氟己酮灭火系统展现了其技术特点：系统采用悬挂式灭火器，单个灭火器最大容量为30kg，通过串联连接与延时释放确保灭火剂均匀分布。设计中，中央变电所布置了16个灭火器，采用0.05s延时间隔顺序启动，灭火剂释放倒计时为30s，为人员疏散预留了充足时间。这种设计充分考虑了煤矿井下硐室的结构特点，实现了快速有效的灭火效果。

全氟己酮系统特别适用于电气设备硐室、控制室等场所，因其在灭火后不留残留，不会对精密电气设备造成二次损害。同时，全氟己酮的低毒性使其在适当设计浓度下可用于有人场所，为井下人员提供了更安全的防护环境。

 

 

 

3.3 超细干粉灭火系统

超细干粉灭火系统（184-0591-8333技术交流）以其快速灭火、安装简便的特点在煤矿井下灭火中占有一席之地。超细干粉的平均粒径通常小于20μm，具有流动性强、覆盖面积大的优势，可有效扑灭A、B、C类火灾及电气设备火灾。其灭火机理主要包括化学抑制、吸热降温和稀释氧气等多重作用。

在煤矿井下区域自动喷粉灭火抑爆系统的研究中，系统将传统的被动灭火抑爆转变为主动快速灭火抑爆，达到了良好的灭火抑爆效果。系统通过火焰和烟雾传感器实时监测布控区状态，一旦检测到火情，PLC控制器立即驱动防爆电磁阀打开，释放超细干粉灭火剂。工业试验表明，该系统有效灭火范围不小于6m²，可确保井下硐室及重要机电设备安全。

超细干粉灭火系统的设计需重点关注触发机制与扩散性能。对于大型硐室，可采用多装置联动设计，通过时序控制确保灭火剂均匀分布。同时，系统应配备自动手动转换开关，确保在特殊情况下可切换为手动模式，避免误操作。

 

 

 

3.4 分区配置与组合应用

煤矿井下环境复杂，单一灭火系统（184-0591-8333技术交流）往往难以满足所有硐室的防护需求。因此，根据硐室的具体风险特点，可采用分区配置与组合应用策略，实现最优防护效果。

• 重点保护区：对于中央变电所、主泵房等特别重要的硐室，可采用全氟己酮+高压细水雾的双系统保护。全氟己酮负责快速抑制初期火灾，高压细水雾则提供持续冷却，防止复燃。系统间通过逻辑控制实现协同工作，避免相互干扰。
• 普通保护区：对于一般机电硐室、皮带输送机头等区域，可采用超细干粉灭火系统或高压细水雾系统单系统保护。设计时需确保灭火剂浓度达到最小设计灭火浓度（MMC）的1.5倍以上，并保持足够的浸渍时间。
• 特殊保护区：对于液压站、润滑油库等易燃液体风险较高的区域，可采用泡沫-水喷雾联用系统，结合泡沫的覆盖作用与水的冷却作用，有效控制油类火灾。

4 智能控制与联动机制设计

4.1 多传感器融合探测技术

煤矿井下环境复杂，单一传感技术易受粉尘、湿度等干扰而产生误报，因此现代自动灭火系统普遍采用多传感器融合探测技术，通过多元信息综合判断提高火灾识别准确性。这一技术将不同类型的传感器（如感温、感烟、火焰、一氧化碳传感器等）进行组合，利用算法对多源信息进行融合分析，有效降低误报率和漏报率。

分布式光纤测温技术（DTS）作为近年来发展的先进探测手段，在煤矿井下火灾监测中表现出独特优势。如煤矿井下外因火灾智能防控系统中，沿着皮带走向或电缆桥架铺设感温光纤，可实现连续温度监测与精确定位，无监测盲区。系统通过实时分析温度变化趋势，可在火灾萌芽阶段发出预警，为灭火系统早期动作提供依据。

此外，图像型火焰探测与红外热成像技术的引入，进一步丰富了火灾探测手段。新疆天池南矿运营厂引进的防爆图像型自动跟踪定位射流灭火系统，采用防爆红外热成像摄像机实时检测煤仓温度，并结合温度传感器和烟雾探测器，显著提高了火灾检测的准确性。这种多维感知体系为自动灭火系统的可靠动作奠定了坚实基础。