煤矿作业的井下消防以及洒水系统设计探讨

[摘 要]随着经济的不断发展，社会对煤炭资源的需求量日益增大，煤矿开采事业也不断向前发展，为经济建设提供有力保障。而频发的煤矿开采事故为煤矿作业安全敲响了警钟。作为预防煤矿工人职业疾病、保护煤矿工安全的井下消防及洒水系统一直都是煤矿作业的重要组成部分，国家对井下消防及洒水系统的设计要求也越来越高。本文将结合煤矿井下消防及洒水系统设计规范，阐述相关设计要点，并对主要部分的设计做出说明。

[关键词]煤矿，井下，消防与洒水，设计

中图分类号：TD822 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0119-02

井下消防与洒水工程在现代煤矿建设中是必不可少的部分，一方面能减轻粉尘给矿井工人带来的健康影响，消除因粉尘多带来的爆炸威胁；另一方面，一旦矿井下发生火灾事故，优良的井下消防设备能为火灾的及时救援提供保障。可以说井下消防、洒水系统是煤矿工人、工程的安全防护罩。《矿工安全规程》中明确规定了在矿井建设中必须建立防尘供水系统，从工程经济角度考虑，以洒水方式除尘防灭火具有投资低、效果好的特点。

一、井下消防、洒水系统概述

井下消防洒水系统的作用主要在于消灭因工程外因引起的火灾，减少工作面的粉尘污染。从产生火灾的原因上来看，井下火灾有的是因为井下操作空间漂浮的煤尘自燃，有的是因为井下放炮、明火、橡胶摩擦起火、电路短路引发火灾。粉尘来源于采煤过程中产生的煤粉、矿石颗粒，其存在严重危害矿井工人健康，同时，高浓度的粉尘颗粒极易自燃产生爆炸。井下消防洒水系统的工作原理与井下安全隐患相联系，主要是通过对煤体注水，安装喷雾洒水装备、风流净化水幕等方式降温除尘，并在当发生火灾时通过预先设置的消防装置及时扑灭火灾。一般而言，与井下消防、洒水系统功能相匹配是井下消防救助队，是专业的消防救助工作人员。井下消防洒水系统的设计应当与消防队的工作相契合，能够辅助消防人员开展救援工作。如井下消防水带应当与救助队的水带接口相一致；救援工作的开展一般由火源外向火源中心部靠近，为避免水雾与煤尘结合而成的水煤气发生爆炸使救援人员及被困矿工遭受危险，井下消防设计时应当预留畅通的通风巷等。总而言之，井下消防洒水系统是综合的安全保障系统，其设计不容马虎。

二、井下消防、洒水系统设计要点

《煤矿井下消防、洒水设计规范》是井下消防、洒水系统的设计标准，对每一环节的设计都有严格的规定。根据井下消防、洒水设计规范的要求，井下消防、洒水系统应当做到安全可靠、技术先进、经济合理、使用方便，在具体设计时应注意以下要点：

1.预防为主、消防结合

设计井下消防、洒水系统的最终目的是要保障井下安全，无论是安全事故发生以前还是发生以后，其设计都要能发挥作用、保障安全。井下消防、洒水系统的设计应当以预防为主，在安全隐患突现以前将可能造成威胁的因素降低到最少，以避免事故发生。如喷水装置对操作面降温除尘，采用难燃设备防止自燃等。在预防的同时，一旦发生火灾危险，消防设备能够及时发出警报，使消防救助人员能够有效利用相应的灭火设备进行火灾救援。因此，井下消防、洒水系统的设计应当有效结合预防与消防功能。

2.与矿井建设实现“三同时”

“三同时”是指井下消防洒水系统的建设必须同矿井建设工程同时设计、同时施工、同时投人生产和使用。“三同时”的践行可以从源头上消除矿井建设可能造成伤亡事故和职业病的危险因素，保护职工井下的安全健康，避免因安全问题引起返工或采取弥补措施造成不必要的投入。在矿井建设过程中不建设消防、洒水系统或建而不用都是将人们的安全置之不理的做法，不仅不符合建设规范要求，一旦发生火灾造成不可挽回的后果，其相关责任人员更要承担严厉的法律责任。“三同时”是贯彻井下消防洒水系统“预防为主”方针的具体体现，其实施可使矿井建设做到更合理，并最大限度最大限度地消除和减少在施工过程中潜在的危害，真正作到防患于未然。

3.整体协调

井下消防、洒水系统作为矿井建设中的组成部分，其设计不仅要符合消防洒水系统的设计规范，也应当适应矿井的特点，并与矿井的采煤、掘进、运输、通风、动力等系统的设计相互协调。同时，作为矿井消防救助队的辅助设备，其设计也应当综合考虑救助队的设备情况，从而实现矿井建设整体的最优化，为煤矿工作的各个具体环节提供安全保障。在具体环节安排上，也应当坚持可持续发展理念，尽量考虑资源的循环利用。在消防水源的选择上，在符合矿井实际情况，能保证供水水源安全性时，应充分利用经处理后的矿井井下排水， 同时考虑矿井生活饮用水作为备用水源，以符合节能减排的要求。

三、井下消防洒水系统的具体设计

（一）井下消防给水系统设计

给水系统是消防洒水系统的重要组成部分，《规范》对给水系统的设计要求做出了详细说明。井下消防给水系统由水源、消防水池、井下输水管道和井下输水管网组成。

1.水源

水是灭火、防尘的主要物质，水源应当同矿井的水源相结合。消防用水可以由矿井总水源、处理后的井下排水及地下水提供。每一种供水来源都有其优缺点，具体使用哪种水源供水依据经济原则予以确定。

使用矿井总水源供应消防用水其优点是能够保证水质，且因供水集中，取用方便。但其缺点也比较明显，垂直井深过高，井底大巷水压过大可能对输水管带来安全隐患；井筒管道过长，对于管道的铺设将消耗更多的建材和资金。井下排水作为消防用水比较符合经济原则，能够实现对水资源的循环利用。但使用井下排水的现实要求较多，需要井下排水有一定的量，其水质最好为疏干地板水，对于取用的井下排水需要先做一定的净化处理方可用于消防。如果大巷底板下有较好的中层地下水源，可以采用钻孔取水的方式取用地下水。这种方案供水管道短，管道承压小，也方便，但是需要优越的地理位置作为支撑，也即有可取的中层地下水。

2.消防水池

消防水池一般设置于消防管道入井处附近，其作用是储备消防用水。消防水池的容量至少应当满足一次矿井火灾的用水量。依据《消防操作规程》的规定，消防水池的容量不得小于200m3，其上限不受限制。消防用水最好不与其他用水共用储水池，即使共用也应采取措施确保消防用水不为他用。

3.井下输水管道及水管网

井下消防与洒水对水质的要求基本一致，因此从经济原则出发，采用消防、洒水合一的管网设计为宜。管网的具体设计方式可以根据矿井的巷道情况设计成枝状或网状，尽量保持水管水流方向与风向一致。管道必须延伸到可以对全部用水点进行供水的所有位置，并在每个支管起点附近设置控制阀。对于水管阀门的设计要考虑现实需要，对于易产生火灾的特别地带要有专门设计。如带式运输机可能因打滑、摩擦容易造成火灾，可以在其运送巷的管道中每隔50m设置一个支管阀门与快速接头。为保持对较远采区消防、洒水的管道需要，各消防、洒水支管应当安装减压装置，如减压阀和减压孔板。减压孔板的安装并不复杂，但由于井下不同管径的管道减压孔板的规格不同，且经流水长期磨损，减压值容易失真，因此，笔者看来安装减压阀更为适宜，尤其是采用地下排水供水的消防、洒水系统。

（二） 井下灭火系统设计

自动喷水系统一般设置于容易发生火灾的位置，如带式传动机机头、机尾的巷道处。其构成装置主要包含报警阀、温感、烟感探测器、开式洒水喷头等。其工作原理是：具有烟感或温感功能的自动喷水灭火装置当探测到过热的温度、过浓的烟雾等信息时，探测器向报警阀发出火灾信息，自动喷水系统即自动开启雨淋阀，向外喷水灭火。根据标准要求应当装置温感、烟感自动喷水装置，但温度感应器或烟雾感应器在煤灰水雾中可能出现反应不灵敏或误报的情况。本人认为，在自动喷水装置中装备红外线探测仪其精确性可能会好于温感、烟感探测器。

2.水喷雾隔水装置

水喷雾隔水装置的工作原理是利用水雾减低烟雾温度，从而防止火灾的发生。同时，水喷雾隔水装置还通过向外喷洒水雾隔断烟气负压，防止火灾扩散。其位置设置一般在主井或斜井两侧，设置三层，每层相隔3-5m。。

（三） 井下防尘洒水系统设计

1.喷雾降尘

喷雾降尘是一种简单的降尘方法，通过将粉尘溶解于水雾中，使之因重力作用而沉积于地面。要巧妙地运用这个方法达到最好的防尘效果，应在粉尘尘源点装置喷雾，即可有效控制整个巷道中的粉尘浓度。主要的尘源点有采煤工作面、掘进工作面、放煤口和卸煤站。目前比较先进的喷雾降尘装置是KHC7 型矿用自动防尘装置，可以根据不同尘源自动喷雾降尘。

2. 风流净化水幕

为保证进风顺槽内的空气清新，一般在扬尘较多的采煤工作面的回风巷，掘进工作面装车点下风向20m处设置风流净化水幕，由若干喷头组成。风流净化水幕降尘效果明显，根据郑煤集团告成煤矿测定，相距200m装置LZS-PG型光控水幕装置， 以5MPa静压水供水，其降尘率为90.6%。

3. 煤层注水

煤尘及采煤过程中产生的矿石颗粒是井下采煤工作中产生的危害大、数量多的粉尘。喷雾降尘可在一定程度上减低巷道内已经产生的粉尘。但在井下采矿过程中真正的粉尘来源于剧烈的采矿程序，如放炮、掘进等。要有效控制整个矿井底部的颗粒物的量最重要的应当是在粉尘产生的主要源头上予以控制。煤层注水就是从源头上采取的控制模式。其方法就是在煤矿被开采前向煤层壁中注水，煤矿在湿润以后难以产生扬尘，从而降低粉尘的产生量。这种方式能有效降低粉尘浓度。当煤层含水量达7%时，可不用注水。注水量的多少与煤层的原始水量、透水性、硬度等因素有关，一般按20-30L每吨的量计算。

（四） 井下消防洒水系统的其他设计注意

1.水质标准：井下消防洒水系统对消防用水的要求有比较严格的规定，一般而言，悬浮物的含量不得超过30mg/L，直径不得超过0.3mm，pH介于6.5-8.5，大肠杆菌群落不超过3个/L。达不到最低标准的水用于消防灭火，一方面污染环境，另一方面达不灭火目的，还有助长火势的可能。因此，在水源选择时也要根据水质要求合理选择，必要时采取一定的净化措施。

2.管道选材：考虑到井下消防的洒水系统的井深、高压特点，在铺设管道的选材上一般选用钢管，当静水小于或等于1.6MPa时可选用焊接钢管，当水压大于1.6 MPa 时则应当采用无缝钢管。对于管壁的厚度，在用计算公式得出结果后，实际管道的选取时应该适当大于应得管壁厚度。其原因在于井下地形复杂，环境恶劣，负载不均，加强管道的厚度有助于防止管道破裂的意外。

3.管道防腐：矿井复杂、潮湿的深井环境会加速管道的锈蚀，因此，需要加强管道的防腐工作。管道铺设以后，其防腐工作不易开展，故而通常从预防腐开始着手。使用油漆等隔断物质阻绝管道内的活性金属与氧气、水分的接触是常用的防腐方法。管道的底漆通常采用无机富锌底漆，防护涂料根据井底的酸碱度不同进行选择。当为酸性水时或含盐量较高时，采用氯化橡胶系列防腐涂料，当为中性至碱性水时，采用无机富锌底漆。为保证防腐效果，对期末的厚度也有相应的要求：漆膜总厚度应不小于200Lm，底漆厚度一般为30～70mm。

4.巷道冲洗：在矿井下，对所有的巷道都必须进行冲洗。这些巷道主要有运输巷道、上下山巷道、掘进巷道和回风巷道等。巷道冲洗可以利用消防给水装置。运用变径快速管接头，一端连接消防给水装置，一端连接软管。

5.检测智能化与消防自动化：火灾发生的初始阶段往往不被人发觉，进而造成火灾蔓延引发事故。实现火灾检测智能化能较好避免火灾事故的发生，在酝酿阶段采取消防措施可较好实现消防效果。监控系统与井下灭火系统的联动合作， 形成井下消防有机整体。要实现检测的智能化应当在火灾易发点装置自动报警、灭火系统，其监控范围包括井上和井下。消防自动化初上述的喷雾洒水系统、水喷雾隔水装置以外，还可以在井下设置若干压力传感器，将数据传送到地面，实现整体控制。

四、结语

井下消防以及洒水系统都是煤矿作业安全保证的重中之重，面对错综复杂的井下环境，我们不得不在这两个方面加以重视。但如何根据不同煤矿矿区特点，设计出最优的井下消防及洒水系统的方案，仍然需要我们煤矿消防、洒水系统的设计者不断推陈出新，因地制宜。同时，相关消防、洒水装备的研发也应紧跟现实需要。不断发现不足，不断优化设计，只有不停止探寻的脚步，不断完善相关设计才能为开采挖掘煤矿资源提供安全、可靠的环境，才能助力新时期中国的经济发展。

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