煤層打鉆自動(dòng)防滅火裝置

文·圖/韓秋林 王小林 劉濤

裝置結(jié)構(gòu)圖

隨著我國(guó)煤礦井工開采深度不斷加大，礦井開采條件越來(lái)越差，制約礦井安全生產(chǎn)的因素越來(lái)越多，特別是瓦斯因素嚴(yán)重影響著礦井的安全生產(chǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，大部分礦井采用施工瓦斯鉆孔來(lái)解決瓦斯事故危險(xiǎn)，但在施工鉆孔過(guò)程中，時(shí)常出現(xiàn)頂鉆、夾鉆、鉆桿發(fā)熱甚至鉆孔噴火現(xiàn)象，鉆場(chǎng)險(xiǎn)情時(shí)常發(fā)生。因處置不及時(shí)而產(chǎn)生大量一氧化碳有毒氣體和鉆場(chǎng)著火，甚至蔓延，致使災(zāi)情擴(kuò)大，造成現(xiàn)場(chǎng)礦工一氧化碳?xì)怏w中毒和火災(zāi)事故，進(jìn)而造成人員傷亡或全礦井停產(chǎn)。待救援隊(duì)伍趕到現(xiàn)場(chǎng)，往往已經(jīng)錯(cuò)過(guò)搶險(xiǎn)最佳時(shí)機(jī)，處理起來(lái)難度大、危險(xiǎn)性高，常常需要救援人員冒險(xiǎn)搜救，嚴(yán)重威脅礦工生命安全和礦井生產(chǎn)安全。為解決這一礦井安全和應(yīng)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(jì)自動(dòng)化有限公司聯(lián)合研發(fā)了“煤層打鉆防滅火技術(shù)研究及應(yīng)用”科研項(xiàng)目。

裝置用途

煤層打鉆防滅火裝置是在井下打鉆現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的一套自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)斷電及自動(dòng)處置的全自動(dòng)、智能化滅火裝置，適用于煤礦井下采掘工作面各個(gè)鉆場(chǎng)，能夠快速、有效控制和消除鉆場(chǎng)、鉆孔初期火災(zāi)，防止鉆孔火災(zāi)事故進(jìn)一步擴(kuò)大和現(xiàn)場(chǎng)人員中毒現(xiàn)象發(fā)生，減少鉆孔火災(zāi)事故造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，為礦井安全生產(chǎn)發(fā)揮重要的積極作用。

該裝置的研發(fā)和投入使用，解決了井下煤層打鉆著火后，工人快速撤離時(shí)的滅火問(wèn)題，減輕了救護(hù)人員的負(fù)擔(dān)，節(jié)省了防滅火時(shí)的人力、物力、財(cái)力，提高了防滅火效率，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)打鉆自動(dòng)防滅火技術(shù)裝備的空白。

裝置工作原理

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

電動(dòng)球閥啟動(dòng)開關(guān)的電量參數(shù)由監(jiān)控分站及其配套的斷電器共同完成，自動(dòng)巡檢，通過(guò)擴(kuò)展工業(yè)以太網(wǎng)模塊CP343-接入信息化系統(tǒng)設(shè)在該處千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)上傳給遠(yuǎn)程控制中心。

全自動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)的監(jiān)控分站實(shí)時(shí)采集一氧化碳濃度含量、現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行判斷，以斷電器來(lái)控制電動(dòng)球閥斷電或者通電，不需要人工參與。

裝置動(dòng)作過(guò)程

正常運(yùn)行情況下，水管電動(dòng)球閥處于關(guān)閉狀態(tài)，氣管電動(dòng)球閥處于打開狀態(tài)，鉆機(jī)電源正常供電。

當(dāng)打鉆現(xiàn)場(chǎng)，鉆孔內(nèi)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(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到打鉆現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，當(dāng)達(dá)到報(bào)警點(diǎn)時(shí)，一氧化碳傳感器和煙霧傳感器會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，煤層打鉆自動(dòng)防滅火裝置會(huì)自動(dòng)給鉆場(chǎng)灑水、向鉆孔內(nèi)注水、同時(shí)把風(fēng)管關(guān)閉、把鉆機(jī)電源切斷。

在救援人員未到現(xiàn)場(chǎng)、現(xiàn)場(chǎng)沒有人員去操作恢復(fù)按鈕的情況下，不管是一氧化碳濃度回歸到零還是現(xiàn)場(chǎng)煙霧消散，裝置始終處于斷電狀態(tài)，裝置仍然保持向鉆場(chǎng)灑水、鉆孔內(nèi)注水、風(fēng)管停風(fēng)、鉆機(jī)斷電狀態(tài)。

等救援人員趕到，把現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情處置完畢，當(dāng)作業(yè)地點(diǎn)符合生產(chǎn)作業(yè)要求時(shí)，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕，水管電動(dòng)球閥關(guān)閉，停止向鉆場(chǎng)灑水，停止向鉆孔內(nèi)注水，風(fēng)管電動(dòng)球閥開通恢復(fù)通風(fēng)，鉆機(jī)電源接通，可以正常生產(chǎn)作業(yè)。

裝置性能

煤層打鉆防滅火裝置是以78E58 單片機(jī)為 CPU 核心的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可掛接多種傳感器，能對(duì)井下一氧化碳及煙霧等多種氣體同時(shí)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，并控制電動(dòng)球閥通斷，具有多通道、多種制式的信號(hào)采集功能，能及時(shí)將監(jiān)測(cè)到的各種環(huán)境參數(shù)、生產(chǎn)狀態(tài)傳送給地面中心站，并執(zhí)行中心站發(fā)出的各種命令。同時(shí)，還能就地監(jiān)測(cè)和顯示被測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀況及檢測(cè)參數(shù)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警和斷電控制信號(hào)，集自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、智能化現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)單等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)打鉆過(guò)程中一氧化碳或煙霧濃度超限時(shí)自動(dòng)噴水滅火、自動(dòng)關(guān)閉鉆機(jī)風(fēng)路、自動(dòng)切斷鉆機(jī)電源、自動(dòng)向鉆孔內(nèi)注水及一氧化碳或煙霧濃度恢復(fù)正常后仍噴水、斷電、停風(fēng)等功能。

技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

本裝置主要利用以 78E58 單片機(jī)為 CPU 核心的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，來(lái)作為信號(hào)采集及信號(hào)輸出的中心點(diǎn)，通過(guò)自動(dòng)互鎖、手動(dòng)復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)一氧化碳、煙霧濃度超限后，打鉆現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)停風(fēng)、噴水、注水、斷電等功能。

目前國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品都是利用粉塵濃度作為灑水的基準(zhǔn)，且都是用于巷道降塵，達(dá)不到自動(dòng)多點(diǎn)控制的功能，更達(dá)不到災(zāi)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(wù)。

目前國(guó)內(nèi)還沒有用于打鉆現(xiàn)場(chǎng)的一氧化碳、煙霧濃度超限后自動(dòng)噴水、注水、斷電、停風(fēng)的設(shè)備，本裝置設(shè)計(jì)了耐高壓、斷電保持的電動(dòng)球閥，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)向著火鉆場(chǎng)灑水噴霧、自動(dòng)關(guān)閉鉆孔供風(fēng)閥門、自動(dòng)切斷鉆機(jī)電源、噴水裝置尾管、自動(dòng)通過(guò)鉆機(jī)鉆桿內(nèi)孔向鉆孔內(nèi)注水等功能。同時(shí)，當(dāng)鉆場(chǎng)內(nèi)一氧化碳濃度恢復(fù)正常后，本裝置將仍保持噴水、停風(fēng)、斷電、向鉆孔內(nèi)注水狀態(tài)，只有人工轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕開關(guān)后，方能恢復(fù)原始狀態(tài)。

該裝置2014年8月研發(fā)成功，并在救援中心實(shí)地進(jìn)行試驗(yàn)、驗(yàn)證；2014年9月，開始在鄭煤超化礦和楊河礦進(jìn)行井下試驗(yàn)及試運(yùn)行；2014年10月，通過(guò)鄭煤集團(tuán)專家組驗(yàn)收；2014年12月，順利通過(guò)河南省科學(xué)技術(shù)廳鑒定；2015年1月，取得河南省科學(xué)技術(shù)成果登記證書；2015年5月，榮獲鄭煤集團(tuán)公司2015年科技進(jìn)步成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；2015年7月，榮獲河南省工業(yè)和信息化科技成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)”；2015年11月，《煤層打鉆自動(dòng)防滅火技術(shù)研究及應(yīng)用》論文，被國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局礦山救援指揮中心評(píng)為全國(guó)礦山救援優(yōu)秀論文；2016年5月，榮獲河南煤礦安全監(jiān)察局煤礦安全生產(chǎn)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)及優(yōu)秀推廣項(xiàng)目。