文·图/韩秋林 王小林 刘涛

装置结构图

随着我国煤矿井工开采深度不断加大，矿井开采条件越来越差，制约矿井安全生产的因素越来越多，特别是瓦斯因素严重影响着矿井的安全生产。在实际生产中，大部分矿井采用施工瓦斯钻孔来解决瓦斯事故危险，但在施工钻孔过程中，时常出现顶钻、夹钻、钻杆发热甚至钻孔喷火现象，钻场险情时常发生。因处置不及时而产生大量一氧化碳有毒气体和钻场着火，甚至蔓延，致使灾情扩大，造成现场矿工一氧化碳气体中毒和火灾事故，进而造成人员伤亡或全矿井停产。待救援队伍赶到现场，往往已经错过抢险最佳时机，处理起来难度大、危险性高，常常需要救援人员冒险搜救，严重威胁矿工生命安全和矿井生产安全。为解决这一矿井安全和应急救援处置难题，2014年，郑州煤电股份有限公司矿山救援中心和北京凌天世纪自动化有限公司联合研发了“煤层打钻防灭火技术研究及应用”科研项目。

装置用途

煤层打钻防灭火装置是在井下打钻现场应用的一套自动连续监测、自动报警、自动断电及自动处置的全自动、智能化灭火装置，适用于煤矿井下采掘工作面各个钻场，能够快速、有效控制和消除钻场、钻孔初期火灾，防止钻孔火灾事故进一步扩大和现场人员中毒现象发生，减少钻孔火灾事故造成的人员伤亡和财产损失，为矿井安全生产发挥重要的积极作用。

该装置的研发和投入使用，解决了井下煤层打钻着火后，工人快速撤离时的灭火问题，减轻了救护人员的负担，节省了防灭火时的人力、物力、财力，提高了防灭火效率，填补了国内打钻自动防灭火技术装备的空白。

装置工作原理

该装置主要由矿用自动防灭火洒水装置（主机），断电器，一氧化碳传感器，烟雾传感器，电动球阀等构成。

电动球阀启动开关的电量参数由监控分站及其配套的断电器共同完成，自动巡检，通过扩展工业以太网模块CP343-接入信息化系统设在该处千兆环网交换机上传给远程控制中心。

全自动运行，系统的监控分站实时采集一氧化碳浓度含量、现场烟雾浓度情况，按照一氧化碳传感器浓度和烟雾传感器浓度进行判断，以断电器来控制电动球阀断电或者通电，不需要人工参与。

装置动作过程

正常运行情况下，水管电动球阀处于关闭状态，气管电动球阀处于打开状态，钻机电源正常供电。

当打钻现场，钻孔内的煤粉起火燃烧后释放出一氧化碳和烟雾，煤层打钻防灭火装置中的一氧化碳传感器和烟雾传感器会实时监测到打钻现场的环境，当达到报警点时，一氧化碳传感器和烟雾传感器会发出声光报警，煤层打钻自动防灭火装置会自动给钻场洒水、向钻孔内注水、同时把风管关闭、把钻机电源切断。

在救援人员未到现场、现场没有人员去操作恢复按钮的情况下，不管是一氧化碳浓度回归到零还是现场烟雾消散，装置始终处于断电状态，装置仍然保持向钻场洒水、钻孔内注水、风管停风、钻机断电状态。

等救援人员赶到，把现场灾情处置完毕，当作业地点符合生产作业要求时，手动转动旋钮，水管电动球阀关闭，停止向钻场洒水，停止向钻孔内注水，风管电动球阀开通恢复通风，钻机电源接通，可以正常生产作业。

装置性能

煤层打钻防灭火装置是以78E58 单片机为 CPU 核心的微型计算机系统，可挂接多种传感器，能对井下一氧化碳及烟雾等多种气体同时进行连续监测，并控制电动球阀通断，具有多通道、多种制式的信号采集功能，能及时将监测到的各种环境参数、生产状态传送给地面中心站，并执行中心站发出的各种命令。同时，还能就地监测和显示被测设备的运行状况及检测参数，及时发出报警和断电控制信号，集自动监测、自动报警、智能化现场处置为一体。

煤层打钻防灭火装置具有体积小，重量轻，携带方便，安装快捷，操作简单等特点，可以实现打钻过程中一氧化碳或烟雾浓度超限时自动喷水灭火、自动关闭钻机风路、自动切断钻机电源、自动向钻孔内注水及一氧化碳或烟雾浓度恢复正常后仍喷水、断电、停风等功能。

技术创新点

本装置主要利用以 78E58 单片机为 CPU 核心的微型计算机系统，来作为信号采集及信号输出的中心点，通过自动互锁、手动复位电路来实现一氧化碳、烟雾浓度超限后，打钻现场的自动停风、喷水、注水、断电等功能。

目前国内同类产品都是利用粉尘浓度作为洒水的基准，且都是用于巷道降尘，达不到自动多点控制的功能，更达不到灾害处置的功效。本装置采用耐高压喷头、高压软管、快速接头作为喷水装置，更加方便、快速、高效地完成安装、拆卸与灭火任务。

目前国内还没有用于打钻现场的一氧化碳、烟雾浓度超限后自动喷水、注水、断电、停风的设备，本装置设计了耐高压、断电保持的电动球阀，可以实现自动向着火钻场洒水喷雾、自动关闭钻孔供风阀门、自动切断钻机电源、喷水装置尾管、自动通过钻机钻杆内孔向钻孔内注水等功能。同时，当钻场内一氧化碳浓度恢复正常后，本装置将仍保持喷水、停风、断电、向钻孔内注水状态，只有人工转动旋钮开关后，方能恢复原始状态。

该装置2014年8月研发成功，并在救援中心实地进行试验、验证；2014年9月，开始在郑煤超化矿和杨河矿进行井下试验及试运行；2014年10月，通过郑煤集团专家组验收；2014年12月，顺利通过河南省科学技术厅鉴定；2015年1月，取得河南省科学技术成果登记证书；2015年5月，荣获郑煤集团公司2015年科技进步成果奖一等奖；2015年7月，荣获河南省工业和信息化科技成果奖二等奖”；2015年11月，《煤层打钻自动防灭火技术研究及应用》论文，被国家安全生产监督管理总局矿山救援指挥中心评为全国矿山救援优秀论文；2016年5月，荣获河南煤矿安全监察局煤矿安全生产科技进步奖二等奖及优秀推广项目。