煤矿井下胶带输送机火灾传感器位置的确定

程岩

（西山煤电集团杜尔坪煤矿，太原 030053）

煤矿井下胶带输送机火灾传感器位置的确定

程岩

（西山煤电集团杜尔坪煤矿，太原 030053）

火灾传感器作为井下带式输送机初期火源信息捕捉的唯一手段，及时、准确的发出警示，对救灾非常有利。通过对诸多因素的分析，提出了一氧化碳传感器安装位置的计算公式，并给出了安装位置的参考范围。

火灾传感器；安装位置；报警限

带式输送机已成煤矿井下主要运输设备，但易出现主滚筒与胶带间的打滑，造成设备本身和周围煤炭或其他物体温度升高，产生火灾。采用一氧化碳和烟雾传感器检测火源初期信息显得非常重要。行业标准虽对传感器安装位置有范围标定，但笼统并缺少对现场因素如巷道断面、风速、报警限值、烟雾的逆流或滚退等要素考量，存在局限性。

1 传感器捕捉火灾初期信息的条件

1.1 胶带火灾的燃烧阶段及特性

通常主滚筒打滑直接引起胶带有焰燃烧的可能性很小，仅在滚筒离合处产生火星飞溅时才能引燃周围燃烧物或胶带过热使胶带上的煤加热至燃点。当胶带停止运行时，煤燃烧蔓延使胶带燃烧。随着胶带燃烧表面积的增大，生成一氧化碳和烟雾。由外因明火引起的胶带火灾分为三个发展阶段，即阴燃、明火和煤与胶带混合燃烧阶段。在阴燃和明火两个阶段，火灾的发展速率与风速呈线性关系，在混合燃烧阶段呈二次函数关系。

1.2 捕捉火源信息必须具备的三个条件

1）火灾生成物一氧化碳浓度达到传感器预设报警限。预设报警限是火源处一氧化碳飘逸至传感器位置且能达到报警的浓度值，换言之，火源处的一氧化碳经过一段运移，浓度会变小。这就要求火源处生成的一氧化碳浓度高于报警限，经过扩散到达传感器后的浓度等于或大于报警限，这一时期，称为达到报警限时间1[1-2]：

式中：1为一氧化碳报警限时间，s；A为一氧化碳报警限值；O为巷道风速，m/s；O为巷道断面，m2；C为火源输送带燃烧的一氧化碳生成系数；C为煤类火灾热量释放增长系数。

2）一氧化碳从发生点飘逸到传感器的时间2：

3）传感器的响应时间。传感器接收到一氧化碳后的敏感反应时间为响应时间3。通常为常数，一般为40 s。

上述三部分时间之和t即为一氧化碳从产生到传感器接受信息发出报警的总时间，可表达为：

2 各参数最优关系的建立

或表达为

由数学定理知当各参数满足式（5）、（6）时，总时间具有极小值。换言之，如果各参数能按式（5）、（6）进行约束，就能做到从火源信息产生至传感器发出警报的时间接近最短[4]。

3 传感器距皮带机头的最小和最大距离

初期火源产生的一氧化碳和烟雾在上游新鲜风流的冲击下，不会立即涌向火源上方，而是分两部分运移，一部分逆向巷道风流缓慢上升离开火源和传感器，在其运行一段距离后发生滚退，与进风流相会再折向火源和传感器。另一部分其前峰以合成速度逐渐抬高飘逸至下风侧的巷道顶板，若传感器正好处于烟流上部区域就难以捕捉到一氧化碳。有研究认为，巷道风速在1.3 m/s时，这部分一氧化碳和烟雾飘逸到顶板的行走水平距离约为10 m，通常以此为最小安装距离。若小于10 m，将会破坏传感器的正常工作环境，如温度过高或煤尘过大，都会影响传感器的精确度。不难想象，这一距离至少与巷道风速成正相关关系。最大安装距离可按式（6）计算。

现以巷道断面为12 m2、输送带燃烧一氧化碳生成系数为5.3x10-6为例，根据式（6）讨论风速、报警限与安装距离的关系，计算如下：

1）报警限取24x10-6（表中安装距离小数点后4舍5入）。从表1看出，当报警限取24x10-6时，要保证安装距离在10 m，巷道风速应在1.3 m/s。

2）报警限取18x10-6。从表2看出，当报警限降到18x10-6时，巷道风速应在1.5 m/s，安装距离在10 m。

3）报警限取10x10-6。从表3看出，要使安装距离在10 m，则巷道风速应大于3.5 m/s，若现场风速达不到3.5 m/s，可适当调高报警限值。

4 结束语

1）巷道风速和报警限值直接影响安装距离，不宜取固定值。2）报警限值设置大则报警时限就长，对及时发现火情不利。应指出，24x（0.002 4%）是矿井有害气体最高允许浓度，通常不应作为报警限。3）传感器安装距离与巷道断面、报警限值和巷道风速成正相关关系。依现场情况，根据表1、表2和表3适当调整各参数。4）巷道风速高，一氧化碳稀释快，可适当调低报警限值，反之亦然。但安装距离应始终保持在合理范围。

［1］王志坚，孟斌成，周心权.矿山救护指战员［M］.北京：煤炭工业出版社，2007

［2］朱红青，邬燕云，周心权.煤炭科学技术［J］.2001（S1）：42

［3］候欣然.矿井胶带巷火灾风流动态模拟及避灾路线分析［D］.唐山：河北联合大学，2011.

［4］周心权，吴兵.矿井火灾救灾理论与实践［M］.北京：煤炭工业出版社，1996.

Determination of Fire Sensor Position of Underground Belt Conveyor in Mines

CHENG Yan
(Fully-Mechanized Mining Team in Du'erping Mine，Xishan Coal&Electricity Group，Taiyuan 030053，China)

As the only method to capture the initial fire for belt conveyor，for rescue work，it is beneficial to issue the alarm without delay and error.By various factor analysis，the calculation formulas on mounting position of carbon monoxide sensor is proposed and the reference range of the mounting position was also given.

fire sensor;mounting position;determination

TD752.1

A

1672-5050（2015）02-0061-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.019

（编辑：樊敏）

2014-10-15

程岩（1989－），男，山西运城人，大学本科，助理工程师，从事煤矿综采工作。