煤礦充電硐室自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)用研究

一、引言

近年來，防爆鋰電池單軌吊、無軌膠輪車等新能源動(dòng)力裝備在煤礦井下的應(yīng)用規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，充電硐室作為配套基礎(chǔ)設(shè)施，其數(shù)量不斷增加。然而，鋰電池在充電過程中存在熱失控風(fēng)險(xiǎn)，加之井下空間密閉、通風(fēng)條件受限、設(shè)備密集布置，一旦發(fā)生火災(zāi)，蔓延速度快、撲救難度大、危害后果嚴(yán)重。

2024年，國(guó)家礦山安全監(jiān)察局山東局與山東省能源局聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)煤礦井下防爆鋰電池單軌吊安全管理的規(guī)定》明確提出，充電硐室必須配置消防管路、滅火器等消防設(shè)施，并實(shí)現(xiàn)溫度、煙霧等參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)。

2025版《煤礦安全規(guī)程》進(jìn)一步規(guī)定，井下鋰電池動(dòng)力裝置充電硐室應(yīng)當(dāng)“配置自動(dòng)滅火裝置”“實(shí)行視頻監(jiān)視和甲烷、一氧化碳、氫氣、煙霧、溫度等參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)”。政策法規(guī)的持續(xù)完善，為自動(dòng)滅火系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供了明確依據(jù)。

二、煤礦充電硐室火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 風(fēng)險(xiǎn)源特征

充電硐室的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)具有顯著的復(fù)合性特征。首先，鋰電池在過充、內(nèi)部短路、機(jī)械損傷等異常工況下，可能引發(fā)熱失控，釋放大量可燃?xì)怏w（如氫氣）并迅速升溫。其次，充電設(shè)備、電纜線路長(zhǎng)期運(yùn)行可能出現(xiàn)絕緣老化、接觸不良，形成電氣火險(xiǎn)隱患。再者，鉛酸電池電解液具有腐蝕性，泄漏后可能引發(fā)電氣短路或化學(xué)反應(yīng)。

2.2 火災(zāi)蔓延特性

井下充電硐室空間相對(duì)封閉，通風(fēng)條件有限?；馂?zāi)發(fā)生后，一方面會(huì)快速消耗氧氣，產(chǎn)生大量有毒有害氣體（一氧化碳、硫化氫等），嚴(yán)重威脅人員逃生；另一方面，若未能及時(shí)撲救，高溫火焰可能沿電纜橋架、通風(fēng)管道迅速蔓延，引燃周邊設(shè)備。對(duì)于鋰電池火災(zāi)，還存在復(fù)燃和爆炸風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)滅火介質(zhì)的選型提出了特殊要求。

三、自動(dòng)滅火系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

3.1 系統(tǒng)總體構(gòu)成

煤礦充電硐室自動(dòng)滅火系統(tǒng)通常由探測(cè)模塊、控制模塊、執(zhí)行模塊和聯(lián)動(dòng)模塊四部分組成。

探測(cè)模塊包括溫度傳感器、煙霧探測(cè)器、氣體傳感器（氫氣、一氧化碳、甲烷）、火焰探測(cè)器、熱成像攝像儀等，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)初期特征參數(shù)的全方位感知。部分先進(jìn)系統(tǒng)還引入了視覺識(shí)別技術(shù)，可智能判別電池溫度異常、電解液溢出、明火產(chǎn)生等狀況。

控制模塊采用礦用防爆型控制器，接收探測(cè)信號(hào)后進(jìn)行邏輯判斷，按預(yù)設(shè)策略發(fā)出滅火啟動(dòng)指令，同時(shí)記錄報(bào)警信息并上傳至地面監(jiān)控中心。

執(zhí)行模塊即滅火裝置，包括儲(chǔ)氣儲(chǔ)罐、閥門、噴頭等，根據(jù)硐室規(guī)模和布局可選擇懸掛式干粉滅火裝置、超細(xì)干粉自動(dòng)滅火系統(tǒng)、惰性氣體滅火系統(tǒng)等形式。

聯(lián)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)與充電電源、通風(fēng)系統(tǒng)、應(yīng)急門禁的聯(lián)動(dòng)控制，火災(zāi)確認(rèn)后自動(dòng)切斷充電電源、關(guān)閉風(fēng)機(jī)（防止火勢(shì)蔓延）、開啟逃生指示燈。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)與性能要求

探測(cè)響應(yīng)時(shí)間是衡量系統(tǒng)性能的核心指標(biāo)。煤礦井下環(huán)境要求系統(tǒng)能在火災(zāi)初期（通常30秒內(nèi)）準(zhǔn)確識(shí)別異常信號(hào)，避免因響應(yīng)延遲導(dǎo)致火勢(shì)擴(kuò)大。

滅火介質(zhì)選型需兼顧滅火效率與安全性。超細(xì)干粉滅火劑顆粒細(xì)、流動(dòng)性好、具備電絕緣性能，噴射后通過物理覆蓋隔絕氧氣、化學(xué)抑制燃燒，10秒內(nèi)即可有效壓制初期火勢(shì)，且不會(huì)對(duì)電氣設(shè)備造成二次損傷。對(duì)于鋰電池專用充電硐室，需選用與電解液不發(fā)生反應(yīng)的專用滅火介質(zhì)。

防爆與可靠性是所有井下設(shè)備的基本要求。系統(tǒng)各部件必須通過礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志認(rèn)證（MA認(rèn)證），具備防爆（ExdⅠMb）、防潮、耐腐蝕性能，適應(yīng)井下惡劣環(huán)境。

3.3 系統(tǒng)類型與適用場(chǎng)景

根據(jù)充電硐室規(guī)模，自動(dòng)滅火系統(tǒng)可分為兩類。對(duì)于小型硐室（≤50㎡），可采用懸掛式干粉自動(dòng)滅火裝置，單體安裝、靈活布局，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)定閾值（如68℃）時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。對(duì)于大型硐室或多車位場(chǎng)景，需采用集中式自動(dòng)防滅火系統(tǒng)，分區(qū)控制閥門，實(shí)現(xiàn)多區(qū)域同步或選擇性滅火。

四、典型應(yīng)用案例分析

4.1 運(yùn)河煤礦單軌吊充電硐室綜合防滅火系統(tǒng)

濟(jì)寧能源運(yùn)河煤礦創(chuàng)客中心于2024年完成了單軌吊充電硐室綜合防滅火系統(tǒng)建設(shè)。該系統(tǒng)依據(jù)山東省相關(guān)文件要求，實(shí)現(xiàn)了甲烷、溫度、煙霧、氫氣的在線監(jiān)測(cè)，并安裝了熱成像監(jiān)控裝置。關(guān)鍵技術(shù)突破在于實(shí)現(xiàn)了熱成像攝像儀與噴淋裝置的自動(dòng)聯(lián)動(dòng)——當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)噴淋滅火。同時(shí)，環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和熱成像畫面被同步接入原有的單軌吊充電數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，形成了更加全面的監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系。

4.2 車集煤礦懸掛式干粉滅火裝置應(yīng)用

河南能源永煤集團(tuán)車集煤礦在26采區(qū)、南翼里段兩個(gè)充電硐室安裝了27套懸掛式干粉自動(dòng)滅火裝置。裝置安裝在每個(gè)充電插銷正上方1至3米處，一個(gè)充電位配置一臺(tái)，68℃自動(dòng)啟動(dòng)。該裝置采用超細(xì)干粉滅火劑，具備電絕緣性能，可在10秒內(nèi)有效壓制初期火勢(shì)。為保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行，礦井專門制定了管理制度，明確充電硐室巡檢工為日常維護(hù)責(zé)任人，每日檢查裝置懸掛牢固性、壓力表指示、噴口通暢性等關(guān)鍵項(xiàng)目。

4.3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

從上述案例可以看出，成功的自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)用具備以下共同特點(diǎn)：一是堅(jiān)持“一硐一策”，根據(jù)硐室布局、設(shè)備類型、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)；二是注重多參數(shù)融合探測(cè)，避免單一信號(hào)誤報(bào)或漏報(bào)；三是強(qiáng)化聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)滅火與斷電、通風(fēng)控制的協(xié)同；四是配套管理制度，確保系統(tǒng)持續(xù)可靠運(yùn)行。

五、應(yīng)用成效與發(fā)展趨勢(shì)

5.1 應(yīng)用成效

自動(dòng)滅火系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，顯著提升了煤礦充電硐室的火災(zāi)防控能力。一是實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候監(jiān)測(cè)，彌補(bǔ)了人工巡檢的空檔期；二是將滅火響應(yīng)時(shí)間從分鐘級(jí)縮短至秒級(jí)，有效控制了初期火災(zāi)；三是通過聯(lián)動(dòng)控制，避免了火災(zāi)蔓延和次生事故。部分礦井還將環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入原有監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)融合和集中管理。

5.2 發(fā)展趨勢(shì)

展望未來，煤礦充電硐室自動(dòng)滅火系統(tǒng)將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)。

智能化程度持續(xù)提升。人工智能視覺識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，將實(shí)現(xiàn)對(duì)電池狀態(tài)、充電過程、環(huán)境異常的智能判別，分級(jí)推送預(yù)警信息，實(shí)現(xiàn)“預(yù)防為主、防滅結(jié)合”。

多系統(tǒng)融合不斷深化。自動(dòng)滅火系統(tǒng)將與充電監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通風(fēng)控制系統(tǒng)深度融合，形成充電硐室安全管理的“一張網(wǎng)”。

專用滅火技術(shù)持續(xù)優(yōu)化。針對(duì)鋰電池火災(zāi)特性的專用滅火介質(zhì)和噴射技術(shù)將不斷成熟，進(jìn)一步提升滅火效率并降低二次損害。

標(biāo)準(zhǔn)體系日趨完善。隨著《煤礦安全規(guī)程》和相關(guān)政策的落地實(shí)施，自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、驗(yàn)收、維護(hù)將有更明確的技術(shù)規(guī)范可循。

六、結(jié)論

煤礦充電硐室自動(dòng)滅火系統(tǒng)是防范井下鋰電池充電火災(zāi)事故的關(guān)鍵技術(shù)裝備。本文從火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析、技術(shù)架構(gòu)、典型案例等角度系統(tǒng)研究了該技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。研究表明，集多參數(shù)探測(cè)、智能聯(lián)動(dòng)控制、高效滅火于一體的自動(dòng)滅火系統(tǒng)，能夠有效提升充電硐室的本質(zhì)安全水平。建議煤礦企業(yè)在系統(tǒng)選型時(shí)，充分考慮硐室規(guī)模、設(shè)備布局、風(fēng)險(xiǎn)特征等因素，選擇具備MA認(rèn)證、技術(shù)成熟的產(chǎn)品，并配套完善管理制度，確保系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，為礦井安全生產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)保障。