1 引言

煤矿井下充电硐室作为矿用电机车、单轨吊等设备的能源补给中心，是煤矿安全生产的重要环节。然而，由于该区域电气设备集中、锂电池充电过程中易产生氢气和热量，且空间相对封闭，已成为煤矿火灾的高发区域。一旦发生火灾，不仅会导致设备损毁、生产停滞，还可能造成严重人员伤亡。

近年来，随着煤矿智能化建设的推进，传统的灭火方式已难以满足现代化矿井的安全需求。因此，研究并设计一套高效、智能的自动灭火装置，实现对充电硐室火灾的早期监测、预警和快速扑救，对保障煤矿安全生产具有重要意义。本文将从系统设计、关键技术、应用案例及发展趋势等方面，全面探讨煤矿井下充电硐室自动灭火装置的设计与应用。

2 充电硐室的火灾风险分析

2.1 火灾成因

锂电池热失控：矿用电动车辆电池组在充电过程中，若出现过充、过放、短路等情况，容易引发热失控，导致电池温度急剧上升，并释放大量热量与氢气等可燃气体。

电气设备故障：硐室内电气设备多、线路复杂，长期使用及井下复杂环境易导致绝缘老化、短路，产生电火花，与可燃气体或粉尘接触会瞬间引发火灾甚至爆炸。

环境因素：充电硐室封闭、通风有限，火灾发生时烟雾热量积聚，火势扩大，救援困难。

2.2 火灾特点

突发性强：锂电池热失控引发的火灾往往无明显征兆，发展迅速。

扑救难度大：硐室空间狭小，传统灭火设备难以有效发挥作用。

次生危害大：火灾可能引发连锁反应，导致更大范围的设备损坏和人员伤亡。

3 自动灭火系统设计

3.1 设计原则与标准

煤矿井下充电硐室自动灭火系统的设计遵循以下原则：

符合行业规范：系统设计需符合《煤矿安全规程》和《煤矿防灭火细则》的要求。

高可靠性：系统应能适应井下恶劣环境，确保长期稳定运行。

早期预警：实现火灾早期探测与预警，防患于未然。

快速响应：一旦确认火情，系统能快速启动灭火程序。

智能化集成：与矿井现有监控系统集成，实现统一管理。

3.3 监测系统设计

监测系统采用多传感器融合技术，实现对火灾多参数的全面监测：

环境参数监测：配备甲烷、温度、烟雾、氢气等在线监测传感器。

热成像监测：采用防爆热成像摄像仪，实时检测区域温度分布，发现异常高温点。

视觉识别监测：基于图像识别技术，智能判别电池温度异常、充电时电池液体是否溢出、是否出现明火等情况。

3.4 灭火系统设计

根据充电硐室的火灾特点，灭火系统设计需针对不同类型的火灾采用相应的灭火剂：

全氟己酮灭火系统：适用于电气火灾和锂电池火灾。全氟己酮具有良好的绝缘性能，不会对电气设备造成损坏，同时它能够通过汽化吸热和化学抑制的双重作用迅速扑灭火灾。

超细干粉灭火系统：适用于固体火灾，如电缆绝缘层、木质结构等引发的火灾。超细干粉具有粒径小、比表面积大、流动性好等特点，能够迅速覆盖在燃烧物表面，隔绝氧气，从而达到灭火的效果。

自动喷淋系统：与温度、烟雾等监测装置联动，当被监测区域温度达到设定值后即可实现联动喷淋。

3.5 控制系统设计

控制系统是自动灭火装置的大脑，采用分级预警和联动控制策略：

智能判断：中央控制单元对传感器数据进行分析处理，准确判断火灾隐患的严重程度。

多级预警：当发现异常时，系统启动精准预警机制，现场声光报警器发出警报，同时预警信息发送到地面调度中心和相关人员的手机。

联动控制：系统可实现与充电设备的联动，在火灾发生时自动断电，并与矿井的监控系统、人员定位系统、应急救援系统等集成。

4 关键技术与创新点

4.1 多传感器信息融合技术

通过融合烟雾、温度、氢气、热成像和视觉识别等多种传感器数据，采用智能算法进行综合分析，显著提高火灾识别的准确率和可靠性，降低误报率。

4.2 防爆与本质安全技术

所有应用于井下充电硐室的设备和系统均采用矿用隔爆型或本质安全型设计，并具有"产品合格证"、"防爆合格证"、"煤矿矿用产品安全标志"，确保在易燃易爆环境中的安全使用。

4.3 智能预警与联动控制技术

系统能够实现预警信息分级推送、自动断电和自动灭火功能。通过分区设置报警上限，监控主机可自动打开对应分区的电动球阀洒水灭火。

4.4 专用灭火剂应用技术

针对锂电池火灾和电气火灾的特点，选用全氟己酮和超细干粉等专用灭火剂，既能快速有效灭火，又不会对电气设备造成二次损害。

5 应用案例与效果分析

5.1 运河煤矿单轨吊充电硐室综合防灭火系统

运河煤矿创客中心完成了单轨吊充电硐室综合防灭火系统建设，实现了充电硐室甲烷、温度、烟雾、氢气的在线监测，以及热成像摄像仪与喷淋的自动联动控制。该系统还将环境监测数据、热成像画面并入了单轨吊充电数据监控系统，使监测监控数据更全面，安全管理更趋于完善。

5.2 焦家寨矿ZMK127矿用井筒灭火控制装置

轩岗煤电公司焦家寨矿引入了ZMK127矿用井筒灭火控制装置，该系统由烟雾传感器、矿用隔爆兼本质安全型井筒灭火控制装置主机、测温光缆、监控软件、电动球阀等组成。通过沿着皮带走向铺设测温光缆，实现对主井筒皮带的无盲区温度监测，自动打开对应分区的电动球阀洒水灭火。

5.3 应用效果分析

通过应用自动灭火系统，煤矿充电硐室的消防安全水平显著提升：

实时监测：实现了对充电硐室环境参数的24小时不间断监测。

早期预警：能够在火灾初期发现隐患，及时预警。

快速灭火：确认火情后，系统能在最短时间内启动灭火程序，防止火势蔓延。

系统集成：与煤矿现有监控系统融合，实现了统一管理、集中控制。

6 技术挑战与发展趋势

6.1 技术挑战

尽管自动灭火技术在煤矿充电硐室的应用取得了显著成效，但仍面临一些挑战：

复杂环境适应性：井下环境复杂多变，对传感器的可靠性和耐久性提出了更高要求。

灭火剂选择：不同类型的火灾需要不同的灭火剂，如何合理选择和配置仍需深入研究。

系统可靠性：在极端条件下，确保系统的高可靠性和稳定性仍是一个挑战。

6.2 发展趋势

智能化升级：引入人工智能和大数据分析技术，实现火灾风险的预测预警。

多系统融合：自动灭火系统将与矿井的监控系统、人员定位系统、应急救援系统等实现更深度的融合。

新型灭火技术：研发更高效、环保的灭火剂和灭火技术，如细水雾技术等。

标准规范完善：随着技术的发展，相关标准规范也将不断完善，如《煤矿综采工作面智能化防灭火系统技术要求》等团体标准已开始实施。

7 结语

煤矿井下充电硐室自动灭火装置是煤矿安全生产的重要保障。通过多传感器融合技术、智能预警控制策略和专用灭火剂的应用，实现了对充电硐室火灾的早期监测、预警和快速扑救。实际应用表明，该系统能显著提升煤矿充电硐室的消防安全水平，有效防止火灾事故发生。

随着煤矿智能化建设的不断推进，自动灭火装置将朝着更智能、更可靠、更集成的方向发展，为煤矿安全生产提供更加坚实的保障。