井下消防洒水设计探讨.doc

井下消防洒水设计规范相关问题的探讨

张光伟 黄劲松

（中煤国际工程设计集团沈阳设计研究院 辽宁 沈阳 110015）

摘 要：本文结合在煤矿设计中执行的《煤矿井下消防、洒水设计规范》和《煤炭工业矿井设计规范》两部现行规范，总结设计实践中的心得体会，提出在规范执行过程中的困惑，阐述关于井下消防洒水设计的观点。
关键词：井下消防洒水 消火栓 水喷雾灭火 水量 水压
随着矿井开采技术的不断发展，井下机械化、电气化程度大幅度提高，粉尘产生量亦显著增加，井下因电器升温、漏油以及机械装置的运动部件摩擦生热造成的火灾几率也大大提高。井下消防洒水是保证井下安全生产的重要设施，在目前矿井安全事故频发在的形势下，设计完善的井下消防、洒水给水系统具有重要的意义。
在国家高度重视矿井安全生产的背景下，指导矿井井下消防洒水设计的《煤矿井下消防、洒水设计规范》GB50383-2006（以下简称《洒水规范》）及《煤炭工业矿井设计规范》GB50215-2005（以下简称《矿井规范》）；两部国标规范相继更新出台，是设计人员需同时执行的规范和准则，但两部规范在执行过程中，部分条文及要求不甚相同，甚至相互矛盾。本文根据多年井下消防洒水的设计经验，总结设计实践中的心得体会，提出在规范执行过程中的困惑，阐述关于井下消防洒水设计的观点。
1 井下消防给水系统
1．1井下消火栓
1.1.1水量
《洒水规范》第3.1.2.2条规定“一个矿井井下消火栓总流量应按7.5L/s计算”；而《矿井规范》第13.6.9.1规定“井下消火栓用水量应为5～10L/s，其消火栓用水量大小应根据矿井生产能力与井下火灾危险程度确定”，其条文解释为“矿井生产能力在0.9Mt/a以下时，可采用5L/s；矿井生产能力在1.2～3.0Mt/a时，可采用7.5L/s；矿井生产能力在4.0Mt/a时，可采用10L/s”。
笔者认为根据矿井规模确定消火栓用水量不尽合理。消火栓消防水量的确定与矿井规模并无直接关系，从矿井规模分析，有些矿井虽然规模小，但工作面多，巷道长，井下巷道设备布置复杂，需要的消防水量并不小，而有些大规模矿井，可能只需要两个工作面就能达到千万吨规模，其消防水量需求不应有更高的要求；从消防水量分析，按每个消火栓流量2.5L/s、消防水龙带25m、消火栓最小间距50m计，井下发生火灾时同时保证三个消火栓开启，已足够满足井下一次发生火灾的消防强度。笔者认为按《洒水规范》统一定为7.5L/s固定值是合理的，亦便于矿井给水系统设计统一标准。
1.1.2设置位置及间距
《洒水规范》6.1.1条明确了井底车场及斜井井筒的消火栓设置间距要求为50m，规定对于消火栓间距要求，石门、岩石巷道每隔300m，而《矿井规范》第13.6.4条规定除带式输送机巷道为50m，其它需要设置消火栓的巷道内消火栓间距均为100m，没有对井底车场、斜井、石门等部位消防做出规定。
笔者认为，按消防从严的原则，消火栓布置间距应按《洒水规范》执行，但岩石大巷、石门等火灾危险性小，可燃物少，可参照地面防火措施，每隔一定距离设置一定数量的灭火器。
1.2固定灭火装置
1.2.1自动喷水灭火
《洒水规范》第6.1.7条对固定灭火装置的要求是“宜”，要求在胶带输送机机头处设置，但未对喷水强度、保护范围、自动控制等进行规定，而《矿井规范》第13.6.9条则用的是“应”，并规定了机头、机尾的喷水强度为8L/min·m2，保护巷道长度为14～18m，喷头出口压力为0.1～0.2MPa。
在固定灭火装置的要求上，《洒水规范》为选择执行条文，《矿井规范》为强制性条文，笔者认为，考虑今后在条件许可的情况下增设自动喷水灭火可能成为必须，设计中应按照《矿井规范》执行。
此外，《矿井规范》要求自动喷水灭火装置采用温感或烟感探测自动控制。笔者认为，温感或烟感探测方式由于受到井下通风及煤尘的影响，极可能不动作或引起误操作，建议采用红外探测系统或其他报警方式比较适宜。
1.2.2 水喷雾隔火装置
《矿井规范》第13.6.5条要求在立井或斜井井底两侧应设水喷雾隔火装置，该规范对设置场所的要求比《洒水规范》增加斜井井底两侧；《矿井规范》13.6.9条对水喷雾隔火装置的火灾延续时间要求为6小时，与《洒水规范》3.1.2规定的固定灭火装置统一的火灾延续时间为2小时要求不一致。
两部规范在水喷雾隔火装置的设置位置及系统工作时间上均存在差异，笔者认为，《矿井规范》规定的斜井两侧设置水喷雾隔火装置由于受到斜井井巷布置的影响很难实施，应更改为一侧或根据实际情况确定。对于火灾延续时间，由于考虑该装置是井下消防系统的组成部分，应与消火栓系统一致执行6小时。
关于水喷雾隔火装置，没有相应的术语定义，《矿井规范》13.6.9条文解释要求设置3层喷雾隔火喷头，层间距为3～5m，类似于地面建筑的防火分隔水幕。笔者认为，由于井下着火后巷道内风速大，水雾容易被吹散，起不到隔断烟气负压的作用。应将“水雾”改为“水幕”。
1.3消防水池
1.3.1 消防水池容积
按照《矿井规范》13.6.9的规定，井下消防水池的容积应包括消火栓系统、自动喷水灭火系统、水喷雾隔火装置等三个消防系统的水量之和。消火栓系统一次火灾用水量约162m3（按7.5L/s，火灾延续时间6h计）；自动喷水灭火系统一次火灾用水量约为54m3（按7.5L/s，火灾延续时间2h）；水喷雾隔火装置691m3（按每处16L/s，火灾时至少两处同时喷水，火灾延续时间6h）；合计消防水量约907m3，同时考虑井下除尘洒水的调节水量，井下消防水池的容积通常要设计在1000 m3以上。
两部规范均要求设置地面消防水池，且不得小于200m3。笔者认为规范规定的200 m3下限标准无实际指导意义，应调整容积规定或只规定水池容积的组成。
1.3.2 消防水池的设置
《煤炭工业给水排水设计规范》MT/T5014-96及《矿井规范》、洒水规范均未要求井下消防水池与地面消防水池分建，从同一时间井下及地面发生火灾次数的规定上，三部规范均承认消防设计可以井下、井上同一时间发生火灾按照一次计。
笔者认为，由于地面消防给水系统与井下消防给水系统从设计上是相互独立的，而地面消防给水系统与井下消防洒水对水质的要求又存在差异，在通常的设计状态下，地面给水系统更多的采用消防、生活合用管道，而井下设计亦采用消防和洒水合用管道，由于水质要求的不同及消防水量不可动用的规定，在地面及井下均采用合用系统的前提下，合用消防水池在技术上不可实施。故笔者认为，地面及井下应各自独立设计消防给水系统，火灾发生次数各按一次计。
2.井下防尘洒水给水系统
2.1风流净化水幕
在风流净化水幕的设置上，两部规范均有规定，因《洒水规范》对设置位置规定详细，设计一般按《洒水规范》执行。
《洒水规范》对风流净化水幕通过6.3.4做出了较为详尽的规定，但6.3.4，1条规定的位置为“采煤工作面进回风顺槽靠近上下出口30m内”，易引起歧义，对该条的理解是在进回风顺槽与大巷的连接处共两处设置，或在进风顺槽与大巷连接处，回风顺槽与工作面连接处共两处设置；还是在进风和回风顺槽与工作面连接处以及与大巷连接处共四处均设置，规范的说明不够明确。
笔者认为，考虑到顺槽的风向及尘源位置，该条文的理解应为进风顺槽与大巷连接处设一道水幕，以保证顺槽及内空气清新，并在回风顺槽及工作面连接处设一道水幕，以防止工作面产生的煤尘不致于扩散到回风顺槽甚至是大巷内。同时考虑到顺槽的巷道壁一般未作永久锚喷，煤层裸露，易起尘，在回风顺槽与大巷连接处设一道水幕，以避免回风顺槽带出的煤尘进入井下主要巷道。
规范6.3.4的3、4、5条对其它巷道的风流净化水幕设置做出了规定，但没有明确设置位置及数量。根据井下巷道布置的实际情况，例如承担运煤的进风大巷，其巷道很长时，设置一道水幕是不够的，笔者认为规范应对每道风流净化水幕可有效降尘的巷道长度作以规定，笔者认为的控制长度为 1000m。
2.2 水压
《洒水规范》3.2.1.6规定“直接接入喷雾设施的水压不宜低于1.0MPa”，值得商讨。若从给水干管直接接出的风流净化水幕、水喷雾隔火装置、防尘洒水均属于直接接入的喷雾设施，如果井下给水系统的设计水压按1.0MPa以上选择，则此规定势必造成系统消火栓均超压；如果系统按照消火栓系统压力0.30～0.50Mpa选择，则所有喷雾设施均需加压。
过多的采用加压或减压措施对系统的安全稳定运行显然是不利的，也给井下消防洒水设计和运行管理带来极大的不便。从喷雾对水压的要求与效果分析，地面生产系统喷雾设计的压力一般仅为0.30Mp，而除尘的效果也能满足要求。笔者认为，《洒水规范》第3.2.1.6条不宜低于1.0MPa规定的压力过大，建议对于设置高压喷雾的工作面执行该条款，而一般转载点洒水除尘、水幕等水压降低到0.30～0.50Mpa。
《洒水规范》第7.3.3条要求对环状管网的管道系统进行动水压校核，并进行平差计算，闭合差不小于0.005MPa，笔者认为通常的井下消防洒水管道管径选择由用消防水量确定，井下给水干管的管径相对一致，且规定在消防时水流方向与风向一致，故要求对环状网进行平差计算的意义不大，建议对井下环状管网的平差不作要求。
2.3 水质
两部规范对井下消防洒水水质分别作出了明确要求，《洒水规范》对pH值、大肠菌群比《矿井规范》标准低，同时在附录B.0.2要求高压喷雾用水同国家生活饮用水标准。
规范执行中，在常规的水质指标要求上，通常执行《矿井规范》。但高压喷雾用水同国家生活饮用水标准值得商榷，规范规定的初衷是通过提高水质以减少喷雾除尘水量，以降低在采掘过程中对煤质的影响，高标准的水质要求是无可厚非的，但从设计的可实施性上存在一定问题，在井下消防洒水合用系统设计的前提下，执行该条款的可选择方案有两个，一是在高压喷雾装置前设置过滤器，二是地面水处理的标准达到生活饮用水标准。设置过滤器方案存在频繁清洗的问题，对井下生产不利，而对井下消防洒水水源进行生活饮用水水质处理，势必增加处理投资。
附录B.0.2对水质的要求达到生活饮用水标准不适宜，既然仅对浊度要求严格，可仅对该指标做出明确规定，而生活饮用水水质标准指标106项，统一达到饮用水指标是不必要的。随着给水处理技术的发展，对于一般浊度超标的原水处理可采用强化混凝及沉淀工艺，即可控制浊度在5NTU以下，笔者认为，对于一般以井下排水作为水源的水处理工艺，考虑到煤炭行业已建矿井的现状及行业新建项目的投资情况，不建议采用二级过滤处理工艺，推荐采用强化一级处理工艺，而对于高压喷雾用水的浊度要求应控制在5NTU。
2.4 管道敷设
《洒水规范》8.3.1要求“立井井筒每隔100～150m设一个托座，两个托座之间应设一个伸缩器”，8.3.2要求“水平巷道的直线段宜每隔100m作用设一个固定支座，两个固定支座间宜设一个管道伸缩器”，对于井下温度变化相对较小，如此密集的设置管道伸缩器，不仅增加投资，也给井下消防洒水给水系统带来更多的事故几率，而从大量的生产矿井运行实际分析，未见因管道热胀冷缩造成破裂的现象。笔者认为设置设管道伸缩器必要性不大，可采用在适当位置加几形弯自然伸缩补偿。
3 结语
井下消防洒水设计是给排水设计的重点和难点，是保证井下生产安全的重要环节，本文结合最新出台的两部国家规范，提出了在规范执行过程中的困惑，阐述了关于井下消防洒水设计的观点，希望通过本文与设计同行进行交流，同时期望所述观点对井下消防洒水设计有所裨益。
参考文献：
[1]《煤矿井下消防、洒水设计规范》GB50383-2006
[ 2 ] 《煤炭工业矿井设计规范》GB50215-2005
[3]《煤炭工业给水排水设计规范》-MT/T5014-96

作者简介：张光伟(1979- )，男，湖北随州人，中煤国际工程集团沈阳设计研究院市政环保所
工程师，从事煤炭系统给排水设计工作。
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E-mail:zgw2326@合同管理制度

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