煤矿机电硐室全氟己酮灭火系统设计

李尚国
（中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037）

　　摘要：为提高赵家梁煤矿机电硐室外因火灾防治能力，理论分析了采用烟雾信号和火焰信号探测火灾的可能性，采用悬挂式灭火器串联连接延时释放的可行性，设计计算了中央变电所探测器数量和灭火剂储存量。结果表明，为满足火灾防治要求，中央变电所需要烟雾探测器和火焰探测器各4个，探测器安装间距为7.5m，探测器至端侧的距离为3.75m，探测器到最远点水平距离为4.80m，采用悬挂式灭火器，单个灭火器最大容量为30kg，灭火器数量为16个，灭火器延时继电器延时间隔为0.05s，灭火控制器为自动运行状态，灭火剂释放倒计时为30s。


　　煤炭是我国能源的主要形式和新型能源体系的重要载体，在中国经济发展中发挥着重要作用。煤矿井下的机电硐室是矿井供电系统中的重要组成部分，机电硐室内的变压器、高爆开关和电控柜等电气设备成为重要的外因火灾隐患。

　　为防止机电硐室火灾，减少火灾对煤矿生产的影响，目前有关学者做了大量有关煤矿井下外因火灾防治技术的理论研究和试验研究。段志昆[1]开展了矿井区域自动灭火系统研究与应用，结果表明，矿井区域自动灭火系统消除了灭火系统在煤矿智能化建设中的盲区。李光宇等[2]开展了基于机器视觉和灰色模型的矿井外因火灾辨识与定位方法研究，结果表明，采用大基线摄像机可以降低距离测量误差，提高外因火灾辨识与定位精度。屠越等[3]开展了超细干粉和七氟丙烷灭火剂对电缆沟火灾灭火效能影响研究，结果表明，七氟丙烷在喷出瞬间，能够迅速排出电缆沟内的空气，增强了受限空间内的窒息效果，最终灭火成功，大截面电缆减少了超细干粉与燃烧物表面的接触面积，进而削弱了超细干粉的灭火效果，最终导致灭火失败。

　　综上所述，研究者大多通过火焰、烟雾或图像感知火灾，通过超细干粉、七氟丙烷或者全氟己酮进行灭火，为了系统研究机电硐室灭火系统，进行机电硐室火灾探测和灭火，需要开展煤矿机电硐室全氟己酮灭火系统研究，为煤矿外因火灾防治提供理论和实践依据。

　　1全氟己酮性能

　　全氟己酮在常温常压下是液体，沸点为48～49℃，全氟己酮易于汽化且汽化迅速，蒸发热是水的1/25，蒸汽压是水的25倍。全氟己酮臭氧层损耗值为0，在大气中残存时间为3～5天，温室效应值小于1，灭火浓度为4%～6%，无毒性反应浓度为10%，安全余量比较高，在使用时对人体比较安全。

　　全氟己酮通过物理和化学机理进行灭火，一是冷却降温灭火，全氟己酮液体喷出后遇热迅速汽化，吸收周围的热量，降低周围环境温度，中断燃烧。二是隔绝窒息灭火，全氟己酮气体密度为13.6kg/m3，远大于空气密度，喷出后自动下落可以排挤出可燃物周围的氧气，覆盖可燃物，隔绝氧气进行灭火。三是化学抑制灭火，全氟己酮在600℃左右发生分解，分解产物能够捕捉燃烧产生的自由基，终止引起火焰传播的链式反应，从而使燃烧停止[4]。

　　2全氟己酮灭火系统结构设计

　　2.1 火灾探测器选择

　　机电硐室内主要有电气设备、阻燃电缆以及设备壳体接触面上的绝缘油，机电硐室一旦发生火灾，最先产生的是火焰，当火焰持续炙烤电缆或者绝缘油时会产生大量的烟雾和热量以及少量的一氧化碳气体。机电硐室高度一般小于6m，可选用点式烟雾探测器，机电硐室位于井下，会有一部分粉尘产生，不宜选择线型光束烟雾探测器。机电硐室一般是先产生火焰，后产生烟雾，井下无明火作业，可选择点式火焰探测器。考虑到探测器漏报和故障，一个防火分区内或者一个灭火控制器连接的火焰传感器和烟雾传感器数量均大于等于2。

　　2.2 灭火器选择

　　根据灭火器容量和安装方式，灭火器分为悬挂式灭火器和柜式灭火器，悬挂式灭火器为了方便安装，直径不超过400mm，高度不超过700mm，容量不超过30kg，柜式灭火器直接放置在地板上，储存瓶直径一般为400mm，高度可达1500mm，容量可高达150kg。

　　煤矿井下的机电硐室由于面积有限，安装设备较多，如果安装柜式灭火器将会占用较大的地面面积，因此，机电硐室在选择灭火器时优先选择悬挂式灭火器，单个灭火器容量为30kg，当一个灭火器容量不满足灭火要求时，可通过将多个相同型号的灭火器串联，通过延时继电器顺序控制灭火器中灭火剂的释放。以三个灭火器串联为例，当需要启动灭火器时，电源接通，延时继电器开始工作，一号继电器通电后立即接通，二号继电器通电0.05s后接通，三号继电器通电0.1s后接通，与此同时，一号灭火器直接启动，二号灭火器延时0.05s后启动，三号灭火器延时0.1s后启动，灭火器串联示意图见图1。


　　2.3 灭火控制器设计

　　灭火控制器是采集火灾信息、发出报警信号和控制灭火剂释放的重要装置。灭火控制器通过火焰和烟雾探测器实时监测火焰和烟雾信号，为防止火灾探测器漏报、误报和探测器故障，灭火控制器的自动控制应由同一防护区域内两只独立的火灾探测器的报警信号或防护区外的紧急启动信号，作为系统的联动触发信号。灭火控制器联动触发时，控制声光报警器进行声光报警，同时灭火控制器开始灭火剂释放倒计时，倒计时可在0～300s 之间进行设置，倒计时默认30s，在倒计时过程中可以随时通过灭火控制器上的手动控制功能紧急停止释放，倒计时结束后若未采取手动控制，灭火控制器会启动灭火器进行释放。灭火控制器工作电压可在660V、380V、220V和127V之间进行选择，为方便在地面远程操作灭火控制器，灭火控制器还具有通信接口，灭火控制器工作原理见图2。



　　3 全氟己酮灭火系统应用

　　3.1 机电硐室简介

　　赵家梁煤矿中央变电所长30.00m，断面形状为半圆拱，巷道宽5.50m，巷道壁高1.20m，巷道中心高3.95m，断面积为18.48m2，容积为554.40m3。中央变电所采用砌碹支护，变压器、高爆开关和电控柜沿两侧布置，设备最高为1.30m。

　　3.2 传感器设计

　　中央变电所火灾监测所用探测器主要有烟雾探测器和火焰探测器，烟雾探测器和火焰探测器的保护半径均为5.8m，为方便管理和安装整齐，烟雾探测器和火焰探测器并排布置在中央变电所巷道中心线对应的顶部两侧，距巷道中心线水平距离均为0.25m。中央变电宽度为5.5m，探测器最大保护半宽为3.0m，经计算探测器最大保护半长为4.96m，需要探测器的数量为3.1个，取探测器的数量为4个，即需要烟雾探测器和火焰探测器各4个。探测器沿巷道方向安装间距为7.5m，探测器至中央变电所端面的距离为3.75m，探测器到最远点水平距离为4.80m，小于探测器的保护半径5.8m，设计满足要求。

　　3.3 灭火器设计



　　赵家梁煤矿中央变电所内最低温度为10℃，经计算灭火剂过热蒸汽在101kPa和防护区最低环境温度下的比容为0.069m?/kg，海拔修正系数取0.884，灭火设计浓度为6%，经计算，灭火剂设计用量为452.65kg，取灭火器喷放不尽的剩余量为设计用量的5%，灭火剂储存用量为475.28kg。为减少灭火器所占用的地面面积，采用悬挂式灭火器，单个灭火器最大容量为30kg，所需灭火器数量为15.8个，取灭火器数量为16个。

　　3.4 设备布置

　　烟雾探测器和火焰探测器并排布置在中央变电所巷道中心线对应的顶部两侧，距巷道中心线水平距离均为0.25m，探测器沿巷道方向安装间距为7.5m，探测器至中央变电所端面的距离为3.75m，探测器下表面至顶棚距离为150mm。灭火器沿中央变电所两侧均匀布置，采用串联方式，通过延时继电器控制灭火剂释放，延时间隔为0.05s。紧急启动按钮、声光报警器和灭火控制器设置在中央变电所入口处，采用壁挂方式安装，底边距地面高度为1.4m，设置灭火控制器为自动运行状态，设置灭火剂释放倒计时为30s，全氟己酮灭火系统布置平面图见图3。



　　4结束语

　　通过研究得出以下结论：第一，机电硐室选用点式烟雾探测器和点式火焰探测器，选用多个悬挂式灭火器串联安装，发生火灾时，通过延时继电器控制灭火器顺序释放灭火剂。第二，赵家梁煤矿中央变电所设计烟雾探测器和火焰探测器各4个，探测器沿巷道方向安装间距为7.5m，探测器至中央变电所端面的距离为3.75m，探测器到最远点水平距离为4.80m，小于探测器保护半径5.8m。第三，赵家梁煤矿中央变电所采用悬挂式灭火器，单个灭火器最大容量为30kg，灭火器数量为16个，沿中央变电所两侧均匀布置，采用串联方式，灭火剂释放倒计时为30s，灭火器延时继电器延时间隔为0.05s。