煤礦充電硐室自動滅火系統應用研究

一、引言

近年來，防爆鋰電池單軌吊、無軌膠輪車等新能源動力裝備在煤礦井下的應用規模持續擴大，充電硐室作為配套基礎設施，其數量不斷增加。然而，鋰電池在充電過程中存在熱失控風險，加之井下空間密閉、通風條件受限、設備密集布置，一旦發生火災，蔓延速度快、撲救難度大、危害后果嚴重。

2024年，國家礦山安全監察局山東局與山東省能源局聯合印發的《關于加強煤礦井下防爆鋰電池單軌吊安全管理的規定》明確提出，充電硐室必須配置消防管路、滅火器等消防設施，并實現溫度、煙霧等參數的在線監測。

2025版《煤礦安全規程》進一步規定，井下鋰電池動力裝置充電硐室應當“配置自動滅火裝置”“實行視頻監視和甲烷、一氧化碳、氫氣、煙霧、溫度等參數自動監測”。政策法規的持續完善，為自動滅火系統的推廣應用提供了明確依據。

二、煤礦充電硐室火災風險分析

2.1 風險源特征

充電硐室的火災風險具有顯著的復合性特征。首先，鋰電池在過充、內部短路、機械損傷等異常工況下，可能引發熱失控，釋放大量可燃氣體（如氫氣）并迅速升溫。其次，充電設備、電纜線路長期運行可能出現絕緣老化、接觸不良，形成電氣火險隱患。再者，鉛酸電池電解液具有腐蝕性，泄漏后可能引發電氣短路或化學反應。

2.2 火災蔓延特性

井下充電硐室空間相對封閉，通風條件有限。火災發生后，一方面會快速消耗氧氣，產生大量有毒有害氣體（一氧化碳、硫化氫等），嚴重威脅人員逃生；另一方面，若未能及時撲救，高溫火焰可能沿電纜橋架、通風管道迅速蔓延，引燃周邊設備。對于鋰電池火災，還存在復燃和爆炸風險，對滅火介質的選型提出了特殊要求。

三、自動滅火系統技術架構

3.1 系統總體構成

煤礦充電硐室自動滅火系統通常由探測模塊、控制模塊、執行模塊和聯動模塊四部分組成。

探測模塊包括溫度傳感器、煙霧探測器、氣體傳感器（氫氣、一氧化碳、甲烷）、火焰探測器、熱成像攝像儀等，實現對火災初期特征參數的全方位感知。部分先進系統還引入了視覺識別技術，可智能判別電池溫度異常、電解液溢出、明火產生等狀況。

控制模塊采用礦用防爆型控制器，接收探測信號后進行邏輯判斷，按預設策略發出滅火啟動指令，同時記錄報警信息并上傳至地面監控中心。

執行模塊即滅火裝置，包括儲氣儲罐、閥門、噴頭等，根據硐室規模和布局可選擇懸掛式干粉滅火裝置、超細干粉自動滅火系統、惰性氣體滅火系統等形式。

聯動模塊實現與充電電源、通風系統、應急門禁的聯動控制，火災確認后自動切斷充電電源、關閉風機（防止火勢蔓延）、開啟逃生指示燈。

3.2 關鍵技術與性能要求

探測響應時間是衡量系統性能的核心指標。煤礦井下環境要求系統能在火災初期（通常30秒內）準確識別異常信號，避免因響應延遲導致火勢擴大。

滅火介質選型需兼顧滅火效率與安全性。超細干粉滅火劑顆粒細、流動性好、具備電絕緣性能，噴射后通過物理覆蓋隔絕氧氣、化學抑制燃燒，10秒內即可有效壓制初期火勢，且不會對電氣設備造成二次損傷。對于鋰電池專用充電硐室，需選用與電解液不發生反應的專用滅火介質。

防爆與可靠性是所有井下設備的基本要求。系統各部件必須通過礦用產品安全標志認證（MA認證），具備防爆（ExdⅠMb）、防潮、耐腐蝕性能，適應井下惡劣環境。

3.3 系統類型與適用場景

根據充電硐室規模，自動滅火系統可分為兩類。對于小型硐室（≤50㎡），可采用懸掛式干粉自動滅火裝置，單體安裝、靈活布局，當環境溫度達到設定閾值（如68℃）時自動啟動。對于大型硐室或多車位場景，需采用集中式自動防滅火系統，分區控制閥門，實現多區域同步或選擇性滅火。

四、典型應用案例分析

4.1 運河煤礦單軌吊充電硐室綜合防滅火系統

濟寧能源運河煤礦創客中心于2024年完成了單軌吊充電硐室綜合防滅火系統建設。該系統依據山東省相關文件要求，實現了甲烷、溫度、煙霧、氫氣的在線監測，并安裝了熱成像監控裝置。關鍵技術突破在于實現了熱成像攝像儀與噴淋裝置的自動聯動——當監測區域溫度達到設定值時，系統自動啟動噴淋滅火。同時，環境監測數據和熱成像畫面被同步接入原有的單軌吊充電數據監控系統，形成了更加全面的監測監控體系。

4.2 車集煤礦懸掛式干粉滅火裝置應用

河南能源永煤集團車集煤礦在26采區、南翼里段兩個充電硐室安裝了27套懸掛式干粉自動滅火裝置。裝置安裝在每個充電插銷正上方1至3米處，一個充電位配置一臺，68℃自動啟動。該裝置采用超細干粉滅火劑，具備電絕緣性能，可在10秒內有效壓制初期火勢。為保障系統可靠運行，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責任人，每日檢查裝置懸掛牢固性、壓力表指示、噴口通暢性等關鍵項目。

4.3 經驗總結

從上述案例可以看出，成功的自動滅火系統應用具備以下共同特點：一是堅持“一硐一策”，根據硐室布局、設備類型、風險等級進行定制化設計；二是注重多參數融合探測，避免單一信號誤報或漏報；三是強化聯動控制，實現滅火與斷電、通風控制的協同；四是配套管理制度，確保系統持續可靠運行。

五、應用成效與發展趨勢

5.1 應用成效

自動滅火系統的推廣應用，顯著提升了煤礦充電硐室的火災防控能力。一是實現24小時全天候監測，彌補了人工巡檢的空檔期；二是將滅火響應時間從分鐘級縮短至秒級，有效控制了初期火災；三是通過聯動控制，避免了火災蔓延和次生事故。部分礦井還將環境監測數據接入原有監控系統，實現了數據融合和集中管理。

5.2 發展趨勢

展望未來，煤礦充電硐室自動滅火系統將呈現以下發展趨勢。

智能化程度持續提升。人工智能視覺識別技術的應用，將實現對電池狀態、充電過程、環境異常的智能判別，分級推送預警信息，實現“預防為主、防滅結合”。

多系統融合不斷深化。自動滅火系統將與充電監控系統、人員定位系統、通風控制系統深度融合，形成充電硐室安全管理的“一張網”。

專用滅火技術持續優化。針對鋰電池火災特性的專用滅火介質和噴射技術將不斷成熟，進一步提升滅火效率并降低二次損害。

標準體系日趨完善。隨著《煤礦安全規程》和相關政策的落地實施，自動滅火系統的設計、安裝、驗收、維護將有更明確的技術規范可循。

六、結論

煤礦充電硐室自動滅火系統是防范井下鋰電池充電火災事故的關鍵技術裝備。本文從火災風險分析、技術架構、典型案例等角度系統研究了該技術的應用現狀與發展趨勢。研究表明，集多參數探測、智能聯動控制、高效滅火于一體的自動滅火系統，能夠有效提升充電硐室的本質安全水平。建議煤礦企業在系統選型時，充分考慮硐室規模、設備布局、風險特征等因素，選擇具備MA認證、技術成熟的產品，并配套完善管理制度，確保系統長期可靠運行，為礦井安全生產提供堅實保障。