煤矿充电硐室自动灭火系统应用研究

一、引言

近年来，防爆锂电池单轨吊、无轨胶轮车等新能源动力装备在煤矿井下的应用规模持续扩大，充电硐室作为配套基础设施，其数量不断增加。然而，锂电池在充电过程中存在热失控风险，加之井下空间密闭、通风条件受限、设备密集布置，一旦发生火灾，蔓延速度快、扑救难度大、危害后果严重。

2024年，国家矿山安全监察局山东局与山东省能源局联合印发的《关于加强煤矿井下防爆锂电池单轨吊安全管理的规定》明确提出，充电硐室必须配置消防管路、灭火器等消防设施，并实现温度、烟雾等参数的在线监测。

2025版《煤矿安全规程》进一步规定，井下锂电池动力装置充电硐室应当“配置自动灭火装置”“实行视频监视和甲烷、一氧化碳、氢气、烟雾、温度等参数自动监测”。政策法规的持续完善，为自动灭火系统的推广应用提供了明确依据。

二、煤矿充电硐室火灾风险分析

2.1 风险源特征

充电硐室的火灾风险具有显著的复合性特征。首先，锂电池在过充、内部短路、机械损伤等异常工况下，可能引发热失控，释放大量可燃气体（如氢气）并迅速升温。其次，充电设备、电缆线路长期运行可能出现绝缘老化、接触不良，形成电气火险隐患。再者，铅酸电池电解液具有腐蚀性，泄漏后可能引发电气短路或化学反应。

2.2 火灾蔓延特性

井下充电硐室空间相对封闭，通风条件有限。火灾发生后，一方面会快速消耗氧气，产生大量有毒有害气体（一氧化碳、硫化氢等），严重威胁人员逃生；另一方面，若未能及时扑救，高温火焰可能沿电缆桥架、通风管道迅速蔓延，引燃周边设备。对于锂电池火灾，还存在复燃和爆炸风险，对灭火介质的选型提出了特殊要求。

三、自动灭火系统技术架构

3.1 系统总体构成

煤矿充电硐室自动灭火系统通常由探测模块、控制模块、执行模块和联动模块四部分组成。

探测模块包括温度传感器、烟雾探测器、气体传感器（氢气、一氧化碳、甲烷）、火焰探测器、热成像摄像仪等，实现对火灾初期特征参数的全方位感知。部分先进系统还引入了视觉识别技术，可智能判别电池温度异常、电解液溢出、明火产生等状况。

控制模块采用矿用防爆型控制器，接收探测信号后进行逻辑判断，按预设策略发出灭火启动指令，同时记录报警信息并上传至地面监控中心。

执行模块即灭火装置，包括储气储罐、阀门、喷头等，根据硐室规模和布局可选择悬挂式干粉灭火装置、超细干粉自动灭火系统、惰性气体灭火系统等形式。

联动模块实现与充电电源、通风系统、应急门禁的联动控制，火灾确认后自动切断充电电源、关闭风机（防止火势蔓延）、开启逃生指示灯。

3.2 关键技术与性能要求

探测响应时间是衡量系统性能的核心指标。煤矿井下环境要求系统能在火灾初期（通常30秒内）准确识别异常信号，避免因响应延迟导致火势扩大。

灭火介质选型需兼顾灭火效率与安全性。超细干粉灭火剂颗粒细、流动性好、具备电绝缘性能，喷射后通过物理覆盖隔绝氧气、化学抑制燃烧，10秒内即可有效压制初期火势，且不会对电气设备造成二次损伤。对于锂电池专用充电硐室，需选用与电解液不发生反应的专用灭火介质。

防爆与可靠性是所有井下设备的基本要求。系统各部件必须通过矿用产品安全标志认证（MA认证），具备防爆（ExdⅠMb）、防潮、耐腐蚀性能，适应井下恶劣环境。

3.3 系统类型与适用场景

根据充电硐室规模，自动灭火系统可分为两类。对于小型硐室（≤50㎡），可采用悬挂式干粉自动灭火装置，单体安装、灵活布局，当环境温度达到设定阈值（如68℃）时自动启动。对于大型硐室或多车位场景，需采用集中式自动防灭火系统，分区控制阀门，实现多区域同步或选择性灭火。

四、典型应用案例分析

4.1 运河煤矿单轨吊充电硐室综合防灭火系统

济宁能源运河煤矿创客中心于2024年完成了单轨吊充电硐室综合防灭火系统建设。该系统依据山东省相关文件要求，实现了甲烷、温度、烟雾、氢气的在线监测，并安装了热成像监控装置。关键技术突破在于实现了热成像摄像仪与喷淋装置的自动联动——当监测区域温度达到设定值时，系统自动启动喷淋灭火。同时，环境监测数据和热成像画面被同步接入原有的单轨吊充电数据监控系统，形成了更加全面的监测监控体系。

4.2 车集煤矿悬挂式干粉灭火装置应用

河南能源永煤集团车集煤矿在26采区、南翼里段两个充电硐室安装了27套悬挂式干粉自动灭火装置。装置安装在每个充电插销正上方1至3米处，一个充电位配置一台，68℃自动启动。该装置采用超细干粉灭火剂，具备电绝缘性能，可在10秒内有效压制初期火势。为保障系统可靠运行，矿井专门制定了管理制度，明确充电硐室巡检工为日常维护责任人，每日检查装置悬挂牢固性、压力表指示、喷口通畅性等关键项目。

4.3 经验总结

从上述案例可以看出，成功的自动灭火系统应用具备以下共同特点：一是坚持“一硐一策”，根据硐室布局、设备类型、风险等级进行定制化设计；二是注重多参数融合探测，避免单一信号误报或漏报；三是强化联动控制，实现灭火与断电、通风控制的协同；四是配套管理制度，确保系统持续可靠运行。

五、应用成效与发展趋势

5.1 应用成效

自动灭火系统的推广应用，显著提升了煤矿充电硐室的火灾防控能力。一是实现24小时全天候监测，弥补了人工巡检的空档期；二是将灭火响应时间从分钟级缩短至秒级，有效控制了初期火灾；三是通过联动控制，避免了火灾蔓延和次生事故。部分矿井还将环境监测数据接入原有监控系统，实现了数据融合和集中管理。

5.2 发展趋势

展望未来，煤矿充电硐室自动灭火系统将呈现以下发展趋势。

智能化程度持续提升。人工智能视觉识别技术的应用，将实现对电池状态、充电过程、环境异常的智能判别，分级推送预警信息，实现“预防为主、防灭结合”。

多系统融合不断深化。自动灭火系统将与充电监控系统、人员定位系统、通风控制系统深度融合，形成充电硐室安全管理的“一张网”。

专用灭火技术持续优化。针对锂电池火灾特性的专用灭火介质和喷射技术将不断成熟，进一步提升灭火效率并降低二次损害。

标准体系日趋完善。随着《煤矿安全规程》和相关政策的落地实施，自动灭火系统的设计、安装、验收、维护将有更明确的技术规范可循。

六、结论

煤矿充电硐室自动灭火系统是防范井下锂电池充电火灾事故的关键技术装备。本文从火灾风险分析、技术架构、典型案例等角度系统研究了该技术的应用现状与发展趋势。研究表明，集多参数探测、智能联动控制、高效灭火于一体的自动灭火系统，能够有效提升充电硐室的本质安全水平。建议煤矿企业在系统选型时，充分考虑硐室规模、设备布局、风险特征等因素，选择具备MA认证、技术成熟的产品，并配套完善管理制度，确保系统长期可靠运行，为矿井安全生产提供坚实保障。