礦井低壓供電系統(tǒng)整體防火防爆安全

何召義

兗州煤業(yè)榆林能化有限公司，陜西榆林 719000

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的煤礦開采條件已經(jīng)得到了很大的改善，但是還是非常的潮濕，巷道非常狹窄，因此對(duì)礦井下部的供電系統(tǒng)有著很大的影響，影響它的絕緣效果。因此在礦井底部的供電系統(tǒng)中存在著漏電的現(xiàn)象，這就為礦井的安全生產(chǎn)埋下了安全隱患，容易造成礦井中的爆炸或者是觸電事故，例如礦井中的瓦斯爆炸。煤礦中的火災(zāi)已經(jīng)成為礦井中人員傷害事故的最主要原因，要做好礦井中的防火防爆，從而保障礦井生產(chǎn)過程中的工作人員的人身安全。

1 電氣安全措施的現(xiàn)狀和存在的問題

針對(duì)礦井中的電氣中存在的問題和不足之處，我國(guó)礦井中采取最多的措施就是進(jìn)行漏電保護(hù)裝置的安裝、防爆外殼以及安全電路等多種安全措施。通過多年的應(yīng)用實(shí)踐證明，不管是在電火引燃發(fā)生的火災(zāi)，還是在電火引起的爆炸中，都能夠在保護(hù)礦井下工作人員的人身安全起到一定的作用，在局部的效果的較為明顯，在全面的事故中就沒有那么的明顯，具有很強(qiáng)的局限性，在電氣安全的措施中，并不是一個(gè)安全性較強(qiáng)的措施，對(duì)大型的火災(zāi)或者是爆炸等事故的治理效果不明顯，有效性不理想。

1.1 隔爆外殼所具備的的安全性

電氣安全中所使用的隔爆外殼能夠起到一定的作用，但是需要在一定的條件下才能實(shí)現(xiàn)。德國(guó)和原蘇聯(lián)對(duì)隔爆外殼進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn)。如果隔爆外殼中存在的短路電弧火在2KA～10KA左右的話，隔爆外殼就不會(huì)起到應(yīng)有的作用，就會(huì)出現(xiàn)被燒穿的危險(xiǎn)，等到高溫電弧出現(xiàn)噴出的現(xiàn)象時(shí)，就會(huì)引燃噴出口附近的易燃易爆介質(zhì)。如果電弧持續(xù)的時(shí)間在10ms～100ms 的話，隔爆外殼內(nèi)部的電弧就會(huì)被噴出，從而引燃周圍的易燃易爆介質(zhì)，發(fā)生火災(zāi)。只有故障的時(shí)間不大于10ms，隔爆外殼才能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。但是，現(xiàn)階段我國(guó)所使用的礦井低壓供電系統(tǒng)所具備的斷電時(shí)間都保持在80ms～200ms 這個(gè)范圍內(nèi)，這就導(dǎo)致隔爆外殼不能發(fā)揮其原有的作用，起不到隔離防爆的效果。例如，在1974 年時(shí)，徐州的夾河煤礦曾經(jīng)發(fā)生過礦井內(nèi)部電弧短路的故障，防爆外殼被燒穿，出現(xiàn)了直徑在4mm 左右、數(shù)量眾多的空洞，電弧噴出，從而引發(fā)了礦井中瓦斯的爆炸事故。

1.2 安全電路

安全電路是對(duì)礦井中的火花和故障火花等的量進(jìn)行限制，要小羽 甲烷的引燃量。雖然人們一直在安全電路的輸出功率上做著不懈的努力，但是對(duì)安全電路的輸出功率的控制的效果不是很明顯，還不能大于幾十瓦?，F(xiàn)階段，我國(guó)的礦井中還是比較適用于自動(dòng)控制、信號(hào)等弱電電路。

1.3 漏電保護(hù)裝置

現(xiàn)階段，我國(guó)礦井中所使用的漏電保護(hù)裝置的作用非常有限，只能在特定的條件下才能發(fā)揮它的作用，只能對(duì)漏電時(shí)間與漏電電流之間相乘得出的結(jié)果小于30mAs 才能起作用。這只能保證在礦井下的低壓供電系統(tǒng)出現(xiàn)漏電現(xiàn)象時(shí)，不出現(xiàn)工作人員觸電死亡的情況，漏電發(fā)出的火花不會(huì)引爆礦井中的瓦斯。

1.4 電纜的防火防爆措施不可靠

在礦井生產(chǎn)的過程中，電纜是存在安全隱患最多的一個(gè)環(huán)節(jié)，特別是位于采礦區(qū)域的電纜，遭受機(jī)械設(shè)備的損壞幾率大大增加，造成漏電故障和短路電弧故障，從而導(dǎo)致出現(xiàn)電纜著火或者是瓦斯爆炸的故障，截止到目前為止，我國(guó)礦井中的電纜防火防爆措施都不可靠。

現(xiàn)階段，我國(guó)礦井開采過程中所使用的大型絞車所使用的電機(jī)與電控裝置都不完善，容易出現(xiàn)迸出火花的情況，導(dǎo)致出現(xiàn)瓦斯爆炸的現(xiàn)象。由于受到資金成本投入的限制，在大型絞車上安裝防爆外殼是不現(xiàn)實(shí)的措施。

如果煤礦企業(yè)在礦井生產(chǎn)的過程中所使用的防爆防火的安全措施，不能有效阻止煤礦生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的爆炸和火災(zāi)故障的話，將會(huì)嚴(yán)重影響礦井防爆防火能力的提高。在煤礦生產(chǎn)的過程中，為了提高防爆防火的能力，應(yīng)在生產(chǎn)過程中采取快速斷電的安全措施。

2 提高礦井中低壓供電系統(tǒng)整體防火防爆的安全措施

2.1 對(duì)礦井中低壓供電系統(tǒng)中的電火時(shí)間進(jìn)行分析

在礦井生產(chǎn)的過程中，如果出現(xiàn)電氣故障的時(shí)間，到產(chǎn)生火花引起火災(zāi)或者是爆炸的故障所用的時(shí)間就是惡性事故的發(fā)生時(shí)間。通過對(duì)煤礦中的故障發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：

1）煤礦生產(chǎn)過程中，電纜所使用的橡套被火花引燃所用的最小時(shí)間是Txh=5ms；

2）煤礦生產(chǎn)過程中，電纜橡套引爆礦井中甲烷所用的時(shí)間是Txl=5ms；

3）隔爆外殼中出現(xiàn)電弧噴出故障所用的時(shí)間是Txg=10ms。

通過對(duì)以上三種情況進(jìn)行分析，得出煤礦的低壓供電系統(tǒng)中形成故障所使用的最小時(shí)間是Tx=5ms。

2.2 礦井低壓供電系統(tǒng)的全斷電時(shí)間

當(dāng)?shù)V井中的低壓供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，到電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)從而采取將電力系統(tǒng)切斷的操作時(shí)，或者是低壓供電系統(tǒng)中出現(xiàn)漏電故障到電力系統(tǒng)中沒有電流存在所用的時(shí)間，就被稱為是低壓供電系統(tǒng)的全斷電時(shí)間，一般情況下，是用To 進(jìn)行表示的。

在公式中，Tq 表示的是低壓供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行信號(hào)取樣所用的時(shí)間，單位是ms；Td 表示的是控制低壓供電系統(tǒng)的開關(guān)采取全斷電操作時(shí)所用的時(shí)間，單位是ms。

要想在礦井生產(chǎn)的過程中，低壓供電系統(tǒng)中保持To ＜Tx的狀態(tài)時(shí)，就需要保證低壓供電系統(tǒng)中出現(xiàn)電火現(xiàn)象時(shí)，能夠?qū)⒐收霞皶r(shí)的與電力系統(tǒng)想切除的技術(shù)，通常情況下，我們稱之為快速斷電安全技術(shù)。

2.3 低壓供電系統(tǒng)所具備的防爆型

當(dāng)?shù)V井中發(fā)生瓦斯爆炸的事故時(shí)，要對(duì)礦井中的低壓供電系統(tǒng)立即采取快速斷電的安全技術(shù)，并保證全斷電所需的時(shí)間控制在5ms 之內(nèi)，以有效控制礦井中瓦斯爆炸事故，此時(shí)該礦井的防爆能力就可以評(píng)價(jià)為：甲烷爆炸的概率是P ＜10-2。

2.4 提高礦井中電纜的防火性

在礦井的低壓供電系統(tǒng)中使用快速斷電裝置，故障全斷的時(shí)間就會(huì)被控制在5ms 之內(nèi)，電纜在出現(xiàn)規(guī)章時(shí)所產(chǎn)生的熱能就會(huì)被大大降低了，那么電纜溫度大于它的極限溫度的幾率就會(huì)被大大降低了。

將電纜出現(xiàn)短路時(shí)的溫度作為依據(jù)，可以通過下列公式對(duì)電纜的截面面積進(jìn)行計(jì)算：

在公式中，Sy表示的是電纜在正常使用的過程中所允許的電纜芯數(shù)的截面面積，單位是mm2；Id表示的是電纜正常使用情況下，所允許通過的最大的短路電流，單位是A；To表示的是電纜中全斷電的時(shí)間，單位是s。

如果測(cè)得電纜中存在的最大短路電流是9KA，全斷電的時(shí)間是5ms 的話，就可以根據(jù)公式（2）計(jì)算出也就是說，如果礦井中的低壓供電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓是660KV 的話，在變壓器的二次出口位置處出現(xiàn)三相短路的故障的話，電流在通過芯數(shù)橫截面積為5mm2的電纜時(shí)，所造成的溫度也在電纜的極限溫度之內(nèi)。因此快速斷電技術(shù)在礦井中的低壓供電系統(tǒng)中的應(yīng)用有效提高了低壓供電系統(tǒng)的防火性能。

3 結(jié)論

綜上所述，現(xiàn)階段我國(guó)礦井中所使用的低壓供電系統(tǒng)由于其電氣安全措施上存在的局限性，低壓供電系統(tǒng)的防火防爆能力受到了很大的限制。而快速斷電技術(shù)在礦井低壓供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，對(duì)電氣故障進(jìn)行了有效地控制，在電纜中出現(xiàn)火花之前，就可以將故障點(diǎn)從低壓供電系統(tǒng)中切除出去，有效提高了礦井低壓供電系統(tǒng)的防火防爆能力，從而保證了煤礦生產(chǎn)的安全性。

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