煤層打鉆自動防滅火裝置

文·圖/韓秋林 王小林 劉濤

裝置結構圖

隨著我國煤礦井工開采深度不斷加大，礦井開采條件越來越差，制約礦井安全生產的因素越來越多，特別是瓦斯因素嚴重影響著礦井的安全生產。在實際生產中，大部分礦井采用施工瓦斯鉆孔來解決瓦斯事故危險，但在施工鉆孔過程中，時常出現頂鉆、夾鉆、鉆桿發熱甚至鉆孔噴火現象，鉆場險情時常發生。因處置不及時而產生大量一氧化碳有毒氣體和鉆場著火，甚至蔓延，致使災情擴大，造成現場礦工一氧化碳氣體中毒和火災事故，進而造成人員傷亡或全礦井停產。待救援隊伍趕到現場，往往已經錯過搶險最佳時機，處理起來難度大、危險性高，常常需要救援人員冒險搜救，嚴重威脅礦工生命安全和礦井生產安全。為解決這一礦井安全和應急救援處置難題，2014年，鄭州煤電股份有限公司礦山救援中心和北京凌天世紀自動化有限公司聯合研發了“煤層打鉆防滅火技術研究及應用”科研項目。

裝置用途

煤層打鉆防滅火裝置是在井下打鉆現場應用的一套自動連續監測、自動報警、自動斷電及自動處置的全自動、智能化滅火裝置，適用于煤礦井下采掘工作面各個鉆場，能夠快速、有效控制和消除鉆場、鉆孔初期火災，防止鉆孔火災事故進一步擴大和現場人員中毒現象發生，減少鉆孔火災事故造成的人員傷亡和財產損失，為礦井安全生產發揮重要的積極作用。

該裝置的研發和投入使用，解決了井下煤層打鉆著火后，工人快速撤離時的滅火問題，減輕了救護人員的負擔，節省了防滅火時的人力、物力、財力，提高了防滅火效率，填補了國內打鉆自動防滅火技術裝備的空白。

裝置工作原理

該裝置主要由礦用自動防滅火灑水裝置（主機），斷電器，一氧化碳傳感器，煙霧傳感器，電動球閥等構成。

電動球閥啟動開關的電量參數由監控分站及其配套的斷電器共同完成，自動巡檢，通過擴展工業以太網模塊CP343-接入信息化系統設在該處千兆環網交換機上傳給遠程控制中心。

全自動運行，系統的監控分站實時采集一氧化碳濃度含量、現場煙霧濃度情況，按照一氧化碳傳感器濃度和煙霧傳感器濃度進行判斷，以斷電器來控制電動球閥斷電或者通電，不需要人工參與。

裝置動作過程

正常運行情況下，水管電動球閥處于關閉狀態，氣管電動球閥處于打開狀態，鉆機電源正常供電。

當打鉆現場，鉆孔內的煤粉起火燃燒后釋放出一氧化碳和煙霧，煤層打鉆防滅火裝置中的一氧化碳傳感器和煙霧傳感器會實時監測到打鉆現場的環境，當達到報警點時，一氧化碳傳感器和煙霧傳感器會發出聲光報警，煤層打鉆自動防滅火裝置會自動給鉆場灑水、向鉆孔內注水、同時把風管關閉、把鉆機電源切斷。

在救援人員未到現場、現場沒有人員去操作恢復按鈕的情況下，不管是一氧化碳濃度回歸到零還是現場煙霧消散，裝置始終處于斷電狀態，裝置仍然保持向鉆場灑水、鉆孔內注水、風管停風、鉆機斷電狀態。

等救援人員趕到，把現場災情處置完畢，當作業地點符合生產作業要求時，手動轉動旋鈕，水管電動球閥關閉，停止向鉆場灑水，停止向鉆孔內注水，風管電動球閥開通恢復通風，鉆機電源接通，可以正常生產作業。

裝置性能

煤層打鉆防滅火裝置是以78E58 單片機為 CPU 核心的微型計算機系統，可掛接多種傳感器，能對井下一氧化碳及煙霧等多種氣體同時進行連續監測，并控制電動球閥通斷，具有多通道、多種制式的信號采集功能，能及時將監測到的各種環境參數、生產狀態傳送給地面中心站，并執行中心站發出的各種命令。同時，還能就地監測和顯示被測設備的運行狀況及檢測參數，及時發出報警和斷電控制信號，集自動監測、自動報警、智能化現場處置為一體。

煤層打鉆防滅火裝置具有體積小，重量輕，攜帶方便，安裝快捷，操作簡單等特點，可以實現打鉆過程中一氧化碳或煙霧濃度超限時自動噴水滅火、自動關閉鉆機風路、自動切斷鉆機電源、自動向鉆孔內注水及一氧化碳或煙霧濃度恢復正常后仍噴水、斷電、停風等功能。

技術創新點

本裝置主要利用以 78E58 單片機為 CPU 核心的微型計算機系統，來作為信號采集及信號輸出的中心點，通過自動互鎖、手動復位電路來實現一氧化碳、煙霧濃度超限后，打鉆現場的自動停風、噴水、注水、斷電等功能。

目前國內同類產品都是利用粉塵濃度作為灑水的基準，且都是用于巷道降塵，達不到自動多點控制的功能，更達不到災害處置的功效。本裝置采用耐高壓噴頭、高壓軟管、快速接頭作為噴水裝置，更加方便、快速、高效地完成安裝、拆卸與滅火任務。

目前國內還沒有用于打鉆現場的一氧化碳、煙霧濃度超限后自動噴水、注水、斷電、停風的設備，本裝置設計了耐高壓、斷電保持的電動球閥，可以實現自動向著火鉆場灑水噴霧、自動關閉鉆孔供風閥門、自動切斷鉆機電源、噴水裝置尾管、自動通過鉆機鉆桿內孔向鉆孔內注水等功能。同時，當鉆場內一氧化碳濃度恢復正常后，本裝置將仍保持噴水、停風、斷電、向鉆孔內注水狀態，只有人工轉動旋鈕開關后，方能恢復原始狀態。

該裝置2014年8月研發成功，并在救援中心實地進行試驗、驗證；2014年9月，開始在鄭煤超化礦和楊河礦進行井下試驗及試運行；2014年10月，通過鄭煤集團專家組驗收；2014年12月，順利通過河南省科學技術廳鑒定；2015年1月，取得河南省科學技術成果登記證書；2015年5月，榮獲鄭煤集團公司2015年科技進步成果獎一等獎；2015年7月，榮獲河南省工業和信息化科技成果獎二等獎”；2015年11月，《煤層打鉆自動防滅火技術研究及應用》論文，被國家安全生產監督管理總局礦山救援指揮中心評為全國礦山救援優秀論文；2016年5月，榮獲河南煤礦安全監察局煤礦安全生產科技進步獎二等獎及優秀推廣項目。