煤矿井下中央变电所自动灭火系统设计与应用研究

一、引言
煤矿井下环境复杂，存在瓦斯、煤尘等易燃易爆物质，中央变电所因电气设备密集、电流负荷大，火灾风险突出。据统计，电气火灾占煤矿火灾事故的40%以上，且传统灭火方式依赖人工干预，存在响应延迟、灭火剂不适配等问题，易导致火势扩大，引发次生灾害。随着智能化矿山建设推进，自动灭火系统需具备高灵敏度探测、快速响应、环保灭火及远程管控能力，以保障变电所安全运行。

二、系统总体设计
1. 架构与组成
系统由感知层、控制层、执行层及远程监控平台构成：

• 感知层：部署线型感温光纤、烟雾传感器、红外火焰探测器及气体监测装置，实时采集温度、烟雾、火焰及有害气体浓度数据；

• 控制层：采用PLC控制器与边缘计算模块，融合多源数据，通过AI算法识别火灾特征，触发预警或灭火指令；

• 执行层：配置全氟己酮灭火装置（储剂罐、喷头、机械式启动装置），实现精准分区灭火；

• 远程平台：基于物联网技术，将数据上传至地面控制中心，支持实时监控、历史数据分析与远程干预。

2. 关键技术
（1）多源感知融合技术：整合温度、烟雾、火焰信号，通过动态阈值算法降低误报率，早期识别电弧、过热等隐患；
（2）无源启动技术：灭火装置采用机械式线型探测器，无需外部电源，避免电气故障影响，触发响应时间≤3s；
（3）全氟己酮灭火剂：具有电绝缘性（≥5kV）、环保无残留特性，通过物理降温与化学抑制双重机制，5秒内扑灭电气火灾；

（4）分区防护策略：按设备重要性划分防护区（如变压器区、高压柜区），独立控制喷头，减少药剂浪费，覆盖率达100%。

三、系统功能与优势

1. 分级预警与联动控制：

• 一级预警：温度异常（如≥60℃），触发声光报警；

• 二级预警：烟雾/火焰信号确认，启动局部隔离（断电、关闭防火门）；

• 三级响应：火灾确认后，自动释放全氟己酮灭火。

2. 智能灭火与远程管控：

• 精准定位火源，喷头定向喷射，避免全淹没式浪费；

• 地面平台可远程查看状态、下发控制指令，实现无人值守管理。

3. 高可靠性与适应性：

• 设备通过煤安（MA）认证，防爆等级Ex d IIC T6；

• 抗干扰设计，适应井下高粉尘、高湿度环境。

四、应用案例与效果评估
案例背景：某煤矿井下中央变电所（面积800m?，设备价值超2000万元），原依赖人工巡检与干粉灭火器，曾因电缆短路引发火灾，损失达800万元。
实施方案：

• 部署12组全氟己酮灭火单元，覆盖变压器、电缆沟、高压开关柜；

• 安装分布式光纤测温系统（精度±0.5℃），监测1200m电缆温度；

• 接入矿井智能平台，实现数据联动。

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  应用效果：

• 成功预警并扑灭3起初期火灾（电缆接头过热、开关柜电弧），响应时间缩短至8s；

• 年均运维成本降低35%（减少人工巡检与设备损坏维修）；

• 系统误报率<0.1%，通过煤安性能测试。

五、存在问题与优化方向

1. 现存挑战：

• 高粉尘环境易影响传感器灵敏度；

• 复杂设备结构下，局部火源探测存在盲区。

2. 优化策略：

• 研发抗粉尘型复合传感器（结合超声波除尘技术）；

• 应用数字孪生模拟火源扩散路径，动态优化喷头布局；

• 探索生物基灭火剂（如纳米气凝胶），降低环境负荷。

六、结论
本文设计的自动灭火系统通过智能感知、精准灭火与远程监控，有效解决了煤矿井下变电所火灾防控难题。实际应用表明，系统显著提升了火灾响应速度与扑灭效率，减少了经济损失与次生灾害风险。未来，将融合AI预测模型与边缘计算技术，推动防灭火系统向“主动预防+智能联动”方向升级，助力煤矿智能化与本质安全建设。