1 煤矿井下变电所的火灾风险与防护挑战

煤矿井下变电所作为矿井动力供应的核心枢纽，其内部汇集了大量高压开关、馈电开关、五小电器及密集电缆等电气设备。这些设备在持续运行过程中，因线路老化、绝缘破损、接触电阻过大或过负荷运行等问题，极易引发电气火灾。煤矿井下的特殊环境使得变电所火灾具有突发性强、蔓延迅速、扑救困难及后果严重等特点，严重威胁矿井安全生产和人员生命安全。

与传统建筑火灾相比，煤矿井下变电所火灾呈现出独特的风险特性：一方面，变电所空间相对封闭狭窄，热量和烟雾容易积聚，火灾发展迅猛；另一方面，井下变电所位置偏远分散，人员到达不便，一旦发生火灾，传统灭火手段往往难以及时有效响应。冀中能源峰峰集团羊东矿的实践表明，人工巡检存在出现火情无法第一时间进行灭火自救的安全隐患，这暴露了传统消防模式的局限性。

1.1 变电所火灾的特殊性

煤矿井下变电所火灾主要表现为电气火灾特性，其起火原因复杂多样：

电缆过热：长时间过载运行导致电缆温度升高，绝缘性能下降，最终引发短路起火

开关电弧：电气设备操作过程中产生的电弧，温度极高，可引燃周围可燃物

设备故障：变压器、电容器等设备内部故障产生的热量和火花可能引发火灾

外界因素：井下潮湿、粉尘等环境因素加速设备老化，增加火灾风险

1.2 环境风险叠加效应

煤矿井下环境进一步加剧了变电所的火灾风险：

空间限制：变电所通常位于地下数百米，空间封闭，通风条件有限，火灾产生的有毒烟雾和高温热量难以散发

逃生困难：井下巷道复杂，火灾时可见度低，增加了人员疏散难度

次生灾害：电气火灾可能引发电缆燃烧产生大量有毒气体，或导致供电中断，影响矿井通风、排水等关键系统，形成连锁反应

1.3 传统灭火手段的局限

以往煤矿井下变电所主要依靠沙箱、沙袋、手提式灭火器等传统灭火设施，这些手段存在明显不足：

响应延迟：依赖人员发现火情并手动灭火，错过了火灾初起的最佳扑救时机

能力有限：灭火剂容量小，对发展中的火灾扑救能力不足

人员风险：灭火过程中，人员需靠近火源，面临高温、毒气和触电等风险

效果不佳：传统灭火剂对电气火灾的针对性不强，且可能造成设备二次损伤

2 自动灭火系统设计原则与标准（184-0591-8333技术交流）

煤矿井下变电所自动灭火系统的设计需遵循全方位防护、快速响应、安全可靠的基本原则，并符合国家相关标准规范。近年来，随着矿山安全要求的不断提高，国家标准化管理委员会陆续出台了一系列矿山安全强制性国家标准，为自动灭火系统的设计提供了明确的技术依据。

2.1 设计基本原则

合规性原则：《矿山安全生产规程》系统设计需符合《矿用车载灭火系统安全技术要求》(GB/T 45752-2025)、《煤矿综采工作面智能化防灭火系统技术要求》(T/CCS 034-2023)等标准规定，满足矿山安全监管要求。

主动性防御原则：改变传统被动灭火模式，采用超温预警与自动灭火相结合的方式，实现对火灾隐患的早期识别和干预。如柴里煤矿设计的温度超温报警装置，能动态实时显示各要害地点的温度，超限时自动报警。

系统性整合原则：将火灾探测、报警、灭火、监控等子系统有机整合，形成统一高效的防火体系。冀中能源峰峰集团羊东矿的自动灭火设施集成了传感器、感温光缆、控制箱和柜式七氟丙烷气体灭火装置，实现了探测、报警、智能灭火、远程监控等多重功能。

2.2 标准规范要求

随着矿山安全标准的不断完善，煤矿自动灭火系统的设计有了更为明确的技术依据：

强制性标准转化：国家正推动120余项矿山安全行业标准分批转化为强制性国家标准，基本覆盖了矿山建设、火灾与水害防治、矿山智能化等方面。这一举措将极大提高矿山安全标准的执行力和统一性。

智能化要求：新一代标准强调自动化、智能化升级，要求系统具备在线监测、实时分析、智能预测预警和装备联动控制能力。这反映了矿山安全从"被动响应"向"主动预防"的转变趋势。

全链条覆盖：标准制定遵循"一件事、全链条"原则，对自动灭火系统的设计、安装、使用、维护和报废各阶段提出全面要求，确保系统全生命周期的安全性。

3 系统构成与关键技术选型

煤矿井下变电所自动灭火系统由火灾探测系统、控制指挥系统和灭火执行系统三大部分构成。各系统协同工作，实现对变电所火灾的早期预警和快速扑救。

3.1 火灾探测系统

探测系统作为自动灭火的"感知器官"，其性能直接决定了整个系统的响应速度和准确性。现代煤矿井下变电所已从传统的单一探测向多传感器融合技术发展。

分布式光纤测温技术：采用感温光缆沿电缆桥架、开关柜等关键设备布置，可连续实时监测温度变化，精准定位火点位置。该技术具有抗干扰强、寿命长、覆盖广的优点，适合电缆密集区域的火险探测。

多传感器协同探测：通过组合一氧化碳探头、烟雾传感器、火焰传感器等多种探测器，构建多重火灾识别屏障。当多种传感器同时感应到火源时，系统确认火警，大幅降低误报率。

智能预警算法：基于历史数据和火灾模型，开发温度趋势预测算法，能够在温度尚未达到警报阈值时识别异常温升 pattern，实现超早期预警。柴家沟井的成功实践表明，在线监测监控能够在地面工作站全面掌控井下自动灭火系统的运行状况、查询报警信息，全线温度实时监测，在火灾发生前发出预警。

3.2 控制指挥系统

控制指挥系统是自动灭火的"大脑中枢"，负责信息处理、决策判断和指令发布。

智能控制单元：采用井下控制箱和地面上位机两级控制架构，实现就地与远程双重管理。控制单元具备信号采集、逻辑判断、设备联动和状态监测等核心功能。

多重启动机制：系统提供自动启动、电气手动启动和机械应急启动三种启动方式，确保在任何情况下都能可靠触发灭火装置。自动模式下，系统在检测到确认火信号后，按预设程序延时20-30秒后启动灭火装置。

联动控制功能：灭火系统与井下供电系统、通风系统、通讯系统实现联动。火灾确认后，自动切断非消防电源、关闭防火阀、启动声光报警，形成全方位的防火响应。

远程监控平台：通过地面上位机，工作人员可全面掌握灭火设备运行状况、查询报警信息。平台提供数据记录、故障诊断和远程维护功能，支持与矿井综合自动化系统对接。

3.3 灭火执行系统

灭火执行系统是直接负责扑灭火源的"作战单元"，根据变电所环境特点和火灾类型，可选择不同类型的灭火技术和设备。

气体灭火系统：采用七氟丙烷、六氟丙烷等洁净气体灭火剂，通过化学抑制作用中断燃烧链式反应。

七氟丙烷灭火装置：如冀中能源峰峰集团羊东矿采用的柜式七氟丙烷气体灭火装置，具有灭火效率高、无残留、电绝缘性好的特点，适合保护精密电气设备。

六氟丙烷灭火器：柴里煤矿在6kV变电所应用的六氟丙烷自动灭火器，实现了对要害地点的自动灭火，形成了火灾预防与控制一体联锁。

干粉灭火装置：柴家沟井应用的干粉灭火装置，适用于大面积空间和液体火灾，具有快速窒息和化学抑制双重灭火机制，但其腐蚀性和污染性限制了在精密设备区的使用。

混合灭火系统：针对大型变电所或复合火灾风险，可采用气体+干粉的组合灭火方案，实现优势互补。如柴家沟井同时配备了干粉灭火装置和气体灭火装置，根据保护区特点灵活配置。

4 典型应用场景与案例成效（184-0591-8333技术交流）

4.1 冀中能源峰峰集团羊东矿智能灭火系统

冀中能源峰峰集团羊东矿在±0泵房、-110治水泵房变电所加装的自动防灭火设施，体现了现代煤矿井下变电所消防的智能化水平。

系统配置：该系统由井下控制箱、传感器、感温光缆、蓄电池、柜式七氟丙烷气体灭火装置、地面上位机等组成。

功能特点：集探测、报警、智能灭火、远程监控、语音对讲等功能于一体。在火灾初期阶段，通过分布式光纤测温技术精准感知火情、定位火点，一氧化碳探头、烟雾传感器、火焰传感器同时感应到火源后，使井上下同步报警，并在30秒后触发七氟丙烷气体钢瓶上的电磁阀打开进行灭火。

启动方式：提供自动启动和电气手动启动两种启动方式，工作人员通过电脑点击鼠标，就能全面掌握灭火设备运行状况、查询报警信息。

4.2 柴里煤矿超温预警与自动灭火系统（184-0591-8333技术交流）

柴里煤矿在6kV变电所创新设计、安装了温度超温报警装置和六氟丙烷自动灭火器，实现了从被动灭火到主动预防的转变。

系统架构：采用EW310温度传感器、LTE声光警报器和六氟丙烷灭火器构成一体化防控系统。

工作机制：系统动态实时显示各要害地点的温度，超限时自动报警，实现了变电所火灾的预防与控制一体联锁，大大增加了变电所电气设备的可靠性、安全性，减少变电所火灾隐患。

技术特点：该系统的创新之处在于将超温预警与自动灭火有机结合，通过对温度参数的实时监测，在火灾发生前及时发现隐患，为矿井变电所提供了全方位的防火保护。

4.3 柴家沟井区域火灾预警及自动灭火系统（184-0591-8333技术交流）

柴家沟井成功引入的煤矿区域火灾预警及自动灭火系统，代表了区域化、综合化的消防解决方案。

系统组成：该系统主要由地面工作站（含监控软件）、控制主机、光纤测温主机、火焰传感器、烟雾传感器、语音声光报警器、疏散指示灯、干粉灭火装置、气体灭火装置等组成。

功能覆盖：系统涵盖了火灾探测预警报警系统、光纤测温系统、自动灭火系统、安全疏散系统的功能，实现了全方位的火灾防护。

应用效果：与该矿以往使用的沙箱、沙袋、手持式灭火器等传统灭火设施相比，现使用的煤矿区域火灾预警及自动灭火系统安全性和智能化水平更高。系统已在该矿井底中央变电所、采区变电所、盘区轨道大巷制氮硐室、主斜井皮带机头及地面压风机房等处成功安装并投入使用，有效提升了矿井火灾防治和快速应对处置水平。

5  结语

煤矿井下变电所自动灭火系统的设计与应用研究，是提升矿井整体防灾抗灾能力的关键环节。从柴里煤矿的超温预警系统到冀中能源峰峰集团的智能灭火设施，再到柴家沟井的区域火灾预警系统，我们可以看到自动灭火技术已经从单一的灭火功能发展为集监测、预警、控制、灭火、管理于一体的综合性安全保障系统。

随着国家矿山安全政策的不断完善和技术的持续进步，煤矿井下变电所自动灭火系统将更加智能化、精准化和人性化。未来的研究方向应聚焦于新型灭火材料开发、多系统融合、智能算法优化和标准化体系建设，从而构建更加安全、可靠、高效的矿山消防安全防护体系，为实现矿山"少人则安、无人则安"的目标提供有力技术支持。