1 引言

煤矿井下中央变电所作为矿井供电系统的核心枢纽，承担着整个矿井的电力分配与控制任务。其内部设有高压开关柜、变压器、电容器等多种电气设备，长期处于高负荷运行状态，易因设备绝缘老化、电缆接头松动、电气短路等故障引发火灾。加之变电所空间相对封闭，一旦发生火灾，火势蔓延迅速，且会产生大量有毒烟雾和气体，严重威胁井下作业人员的生命安全及矿井的正常生产秩序。

传统灭火方式如沙箱、灭火器等，主要依赖人工操作，响应迟缓，且井下环境复杂，火灾时人员难以快速接近火源。因此，研究和设计一套能够自动探测、预警并扑灭火灾的自动灭火系统，对于保障煤矿安全生产具有重要意义。本文旨在系统探讨煤矿井下中央变电所自动灭火系统的设计原理、关键技术及实际应用情况，为相关工程实践提供参考。

2 自动灭火系统概述

煤矿井下中央变电所自动灭火系统是一种集火灾探测、信号传输、智能控制和灭火执行于一体的综合性消防装置。系统通过布置在变电所内的多种传感器，实时监测火灾特征参数如烟雾浓度、火焰、温度及一氧化碳浓度等，一旦检测到火情，控制器会立即启动报警装置，并自动控制灭火剂释放装置，在火灾初期阶段将火源扑灭，从而实现全自动无人值守灭火。

近年来，随着传感器技术、自动控制技术和灭火材料技术的不断发展，矿用自动灭火系统的性能得到了显著提升。例如，泉烨消防科技有限公司开发的矿用区域自动喷粉灭火装置，集成了火焰传感器、烟雾传感器、温度传感器等多种探测手段，并可采用超细干粉、七氟丙烷等多种灭火剂，实现了对变电所火灾的有效防控。此外，一些新型灭火系统还具备了远程监控和智能管理功能，可通过Web软件融入煤矿智能综合管控平台，实现地面调度中心对井下灭火设备的实时监测与控制。

3 系统设计

3.1 总体架构

煤矿井下中央变电所自动灭火系统采用分层分布式架构，通常由感知探测层、控制处理层和执行灭火层三个部分组成。

感知探测层负责实时采集变电所内的火灾特征参数。该层由多种传感器构成，包括：

温度传感器：用于监测环境温度，当温度超过设定阈值（如54℃）或温升速率异常时发出报警信号。例如，柴里煤矿在6kV变电所安装了温度传感器，实现了对要害地点温度的动态实时显示与超限报警。

烟雾传感器：感知空气中的烟雾颗粒浓度，通常在烟雾浓度达到0.65%—15.5%FT时触发报警。

火焰传感器：通过探测特定波长的红外或紫外辐射来识别火焰，如赵家梁煤矿中央变电所设计中采用了4个火焰探测器，安装间距为7.5米。

一氧化碳传感器：监测因电气设备过热或燃烧产生的一氧化碳气体，提供早期火灾预警。

3.2 灭火剂选择与设计参数

超细干粉灭火剂具有灭火速度快、成本低廉、绝缘性能好等优点，在煤矿井下应用广泛。其灭火机理主要是通过超细粉体与火焰接触时，发生化学反应抑制燃烧链，同时分解产生的不活性气体可稀释氧气浓度，从而达到快速灭火的效果。ZFM72/16Y矿用区域自动灭火装置即可采用超细干粉灭火器，适用于变电所整体空间灭火。

七氟丙烷是一种洁净气体灭火剂，它通过化学抑制中断燃烧链式反应，同时兼具一定的冷却作用。七氟丙烷在不破坏臭氧层的前提下，具有不导电、无残留、灭火浓度低等特点，特别适用于内有精密电气设备的场所。柴里煤矿6kV变电所即采用了六氟丙烷自动灭火器，实现了超限时自动报警和自动灭火。

全氟己酮是新型环保灭火剂，其臭氧消耗潜能值为零，全球变暖潜能值极低，且对人体相对安全。全氟己酮主要通过吸热降温和隔离氧气的方式灭火，在赵家梁煤矿机电硐室的灭火系统设计中得到了应用。该系统设计采用悬挂式灭火器，单个灭火器最大容量为30kg，灭火器数量为16个，灭火器延时继电器延时间隔为0.05s，灭火控制器为自动运行状态，灭火剂释放倒计时为30s。

设计参数计算是确保系统有效性的关键。灭火剂用量需根据防护空间的容积、火灾危险等级及灭火剂特性综合确定。以全氟己酮灭火系统为例，赵家梁煤矿中央变电所的设计中，通过计算确定了需要16个灭火器，灭火器延时继电器延时间隔为0.05s，灭火剂释放倒计时为30s。这些参数的精确计算保证了系统在火灾发生时能够及时有效地扑灭火源。