煤礦電氣設(shè)備失爆原因分析及預(yù)防措施

崔 宸

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)王村煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037000)

煤礦井下應(yīng)用的一系列電氣設(shè)備，由于其所處環(huán)境的特殊性，需具備較強(qiáng)的耐爆性與隔爆性，因?yàn)樵趷毫拥牡V井工作環(huán)境下，受多種不確定因素的影響，可能導(dǎo)致其內(nèi)部出現(xiàn)電火花，誘發(fā)混合氣體發(fā)生爆炸事故，過(guò)程中產(chǎn)生的火焰及電弧不會(huì)傳導(dǎo)至設(shè)備殼體外部，但若出現(xiàn)了失爆現(xiàn)象，防范設(shè)施將失去原本的安全防護(hù)作用，增大易燃易爆混合氣體的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)生難以估量的嚴(yán)重后果。

1 失爆危害

煤礦電氣設(shè)備耐爆性能及隔爆性能喪失的情況都被定義為失爆。煤礦井下環(huán)境較為惡劣，井下作業(yè)過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生煤塵及瓦斯等，其易燃性質(zhì)使得井下作業(yè)危險(xiǎn)性較強(qiáng)，如果缺乏相應(yīng)的防控手段，爆炸事故發(fā)生幾率會(huì)大幅提升，因此煤礦在實(shí)際工作中會(huì)盡量杜絕可能引燃煤塵及瓦斯的點(diǎn)火源及高溫?zé)嵩?，利用有效手段降低井下煤塵及瓦斯?jié)舛龋?guī)避爆炸事件的發(fā)生。

煤礦井下電氣設(shè)備常規(guī)運(yùn)行與故障勢(shì)態(tài)下均有可能發(fā)生電弧、灼熱顆粒、電火花、熱表明等現(xiàn)象，這些均具有相當(dāng)大的能量，極有可能成為點(diǎn)燃煤礦煤塵、瓦斯的熱源與點(diǎn)火源。假如電氣設(shè)備失爆，設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的火焰會(huì)傳遞到設(shè)備外殼，同時(shí)與井下可燃、可爆性混合氣體相接觸，引發(fā)煤礦井下煤塵、火災(zāi)等嚴(yán)重惡性循環(huán)爆炸事故，所以礦井下電氣設(shè)備一定要使用防爆型的，盡量避免煤塵、瓦斯爆炸事故的出現(xiàn)。

2 電氣設(shè)備常見(jiàn)的幾種失爆現(xiàn)象發(fā)生位置

2.1 隔爆接合面

從實(shí)際情況來(lái)看，礦井下應(yīng)用的防爆開(kāi)關(guān)通常以鐵蓋為常見(jiàn)的隔爆接合面形式，上部蓋板的緊固方式通常為螺栓對(duì)接線(xiàn)腔，對(duì)應(yīng)隔爆接合面開(kāi)關(guān)所起到的作用，與外部防護(hù)措施的防爆要求相匹配[1]。從日常維修工作角度來(lái)看，失爆現(xiàn)象的原因主要有以下幾方面：

一是在開(kāi)關(guān)上蓋的固定過(guò)程中，維修人員由于工作疏忽，致使上蓋表面出現(xiàn)了一條或多條螺栓的缺失現(xiàn)象(多條螺栓用以固定上蓋的形式較為常見(jiàn))、螺孔或螺栓在安裝或使用環(huán)節(jié)出現(xiàn)滑扣現(xiàn)象，與彈簧相接觸的墊圈未能做有效壓平處理，螺母螺栓未能按照預(yù)先要求達(dá)到滿(mǎn)扣要求，螺栓在安裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)折斷現(xiàn)象(通常折斷后停留于螺孔中部)，在多種不確定因素與零部件故障的影響下，將導(dǎo)致其耐爆性能降低，影響電氣設(shè)備的日常應(yīng)用效果。二是彈簧墊圈未進(jìn)行壓平處理或在后續(xù)應(yīng)用環(huán)節(jié)中出現(xiàn)失效情況，或是螺栓自身存在欠扣現(xiàn)象，這將會(huì)導(dǎo)致此類(lèi)零部件螺栓固定作用難以發(fā)揮，影響后續(xù)的設(shè)備使用效果與使用壽命。

2.2 電纜引出與引入位置

煤礦井下工作展開(kāi)與日常檢查環(huán)節(jié)中，出現(xiàn)的失爆現(xiàn)象具有頻率高與狀況復(fù)雜等特征，主要可總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

一是密封圈本身出現(xiàn)老化現(xiàn)象，若長(zhǎng)此以往，密封圈將出現(xiàn)彈性下降甚至結(jié)構(gòu)變形等問(wèn)題[2]。將這種密封圈應(yīng)用到電氣設(shè)備中，將影響其密封效果。二是自身選配不合理。這種情況下，無(wú)論是密封圈的外徑還是進(jìn)線(xiàn)裝置的內(nèi)徑，均與預(yù)先設(shè)定的防爆要求不相符。三是若對(duì)密封圈進(jìn)行修整后，發(fā)現(xiàn)此時(shí)密封圈并沒(méi)有被完全套在電纜護(hù)套的位置，反而是與電纜芯線(xiàn)相糾纏[2]，又或是電纜護(hù)套沒(méi)有依照相關(guān)的套放需求進(jìn)行預(yù)先處理，將極易導(dǎo)致出現(xiàn)電纜護(hù)套伸入至接線(xiàn)腔器壁5 mm以下的情況。四是對(duì)密封圈進(jìn)行一切兩半的處理，將其套入到電纜上。五是在處理接線(xiàn)腔接線(xiàn)嘴時(shí)，由于給予的壓力過(guò)大導(dǎo)致其與周邊零部件之間間隙過(guò)小，又或是在對(duì)進(jìn)線(xiàn)嘴做壓緊處理后，其內(nèi)緣部位的密封圈無(wú)法壓緊，達(dá)不到預(yù)期的隔爆應(yīng)用要求。六是在電纜的引入與引出接線(xiàn)嘴部位，邊緣與壓線(xiàn)板之間的相連緊密程度不足，在電纜壓緊效果不佳的情況下，將導(dǎo)致出現(xiàn)電纜自由活動(dòng)現(xiàn)象。七是所應(yīng)用的具有壓緊式特性或螺旋狀的喇叭嘴，沒(méi)有按照預(yù)先要求做壓緊處理，此時(shí)使用單手即可使其出現(xiàn)自由晃動(dòng)的現(xiàn)象。八是在對(duì)密封圈進(jìn)行修整時(shí)，若其本身有內(nèi)徑過(guò)大的現(xiàn)象出現(xiàn)，則在進(jìn)行接線(xiàn)腔引入處理時(shí)，電纜能夠輕易地來(lái)回抽動(dòng)(電纜外徑較小時(shí)，此種現(xiàn)象將更為明顯，其中具有代表性的是監(jiān)控或信號(hào)電纜)。九是針對(duì)高壓電纜終端接線(xiàn)盒部位，所應(yīng)用的絕緣膠未能按照相關(guān)要求灌入至電纜三叉以上(多數(shù)為該部位或所在范圍內(nèi)填充深度不足)。

2.3 電氣設(shè)備表面

一是在電氣設(shè)備隔爆外殼處發(fā)現(xiàn)有凹坑現(xiàn)象，且深度在5 mm以上。導(dǎo)致出現(xiàn)此種情況的主要原因是電氣設(shè)備在運(yùn)輸過(guò)程中有嚴(yán)重的受損現(xiàn)象[3]，或是在軌道巷運(yùn)料過(guò)程中，物料本身與電氣設(shè)備相接觸后，磕碰到其外表面而導(dǎo)致其表面受損。二是在電氣設(shè)備的隔爆外殼位置，由于外界環(huán)境原因而導(dǎo)致其表面有銹蝕現(xiàn)象出現(xiàn)，或表面銹皮出現(xiàn)脫落。導(dǎo)致出現(xiàn)此種情況的主要原因多數(shù)為井下有環(huán)境潮濕的特征表現(xiàn)，再加上日常工作人員維護(hù)不到位，增大了設(shè)備銹蝕現(xiàn)象的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，此原因在銹蝕中所占比例較高。三是電氣設(shè)備自身的閉鎖裝置有變形或損毀現(xiàn)象出現(xiàn)。在此種情況下，其在日常使用中將無(wú)法起到機(jī)械閉鎖的預(yù)期應(yīng)用效果，或是在開(kāi)關(guān)停電的情況下，沒(méi)有按照相關(guān)要求將開(kāi)關(guān)打入至閉鎖的固定位置，影響了其后續(xù)的應(yīng)用效果。四是開(kāi)關(guān)隔爆腔中，用于進(jìn)行日常觀察的窗口玻璃有松動(dòng)跡象或部分位置出現(xiàn)破裂，導(dǎo)致該部位的整體機(jī)械強(qiáng)度與預(yù)期的應(yīng)用要求不相符，無(wú)法起到預(yù)期的應(yīng)用作用。五是開(kāi)關(guān)接線(xiàn)喇叭嘴外緣處有缺損現(xiàn)象出現(xiàn)，其自身的防爆性能將會(huì)受到極為嚴(yán)重的影響，甚至導(dǎo)致后續(xù)工作無(wú)法正常展開(kāi)，將會(huì)影響其余零部件的使用壽命。導(dǎo)致出現(xiàn)此種情況的原因一般是在實(shí)際運(yùn)輸環(huán)節(jié)中，電氣開(kāi)關(guān)受到外力影響，導(dǎo)致其應(yīng)用效果受到不良影響。

2.4 隔爆接合面

隔爆接合面，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是在開(kāi)關(guān)上蓋部位與開(kāi)關(guān)的上接線(xiàn)腔之間接觸的表面。通常情況下，在整個(gè)運(yùn)行體系中起到隔爆作用，在其正常使用過(guò)程中，應(yīng)時(shí)刻保證其光潔特征，以滿(mǎn)足預(yù)期應(yīng)用需求。對(duì)其進(jìn)行日常檢查，總結(jié)失爆現(xiàn)象主要為以下幾點(diǎn)：

一是在隔爆接合面處有機(jī)械傷痕現(xiàn)象，導(dǎo)致此部分零部件與防暴設(shè)施的防爆性能受到不良影響。二是在隔爆接合面部位存在油漆或雜物，將增大失爆現(xiàn)象的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。導(dǎo)致出現(xiàn)此種現(xiàn)象的主要原因是工作人員對(duì)設(shè)備零部件的日常維護(hù)不細(xì)致。

3 導(dǎo)致煤礦電氣設(shè)備出現(xiàn)失爆現(xiàn)象的主要原因

通過(guò)對(duì)大量案例進(jìn)行梳理與總結(jié)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致礦下電氣設(shè)備失爆的主要原因是：在井下作業(yè)環(huán)境中，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到10%～15%時(shí)，在達(dá)到瓦斯燃點(diǎn)溫度的火源作用下，瓦斯即會(huì)爆炸。由此可見(jiàn)，瓦斯?jié)舛燃盎鹪词菍?dǎo)致瓦斯爆炸事故的先決條件?，F(xiàn)階段，受技術(shù)水平的制約，尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)煤塵及瓦斯超標(biāo)強(qiáng)度的預(yù)測(cè)，但是煤塵及瓦斯突出與爆炸不同，其實(shí)際發(fā)生時(shí)僅能對(duì)井下空氣含量中的瓦斯?jié)舛仍斐捎绊?，在缺乏火源條件下不會(huì)引發(fā)失爆事故。根據(jù)實(shí)際調(diào)查結(jié)果顯示，可能引發(fā)爆炸事故的瓦斯來(lái)源除煤塵及瓦斯突出外，通風(fēng)系統(tǒng)不健全、風(fēng)流短路、微風(fēng)等因素也是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要因素。

導(dǎo)致瓦斯失爆事件出現(xiàn)的原因是多層面的，除了井下開(kāi)采達(dá)到96%、小煤礦多、信息化機(jī)械化程度低下、賦存條件惡劣、管理弱化等因素外，違規(guī)挖采、技術(shù)水平不過(guò)關(guān)、欠缺實(shí)效安全生產(chǎn)技術(shù)等均是導(dǎo)致煤礦瓦斯失爆事件出現(xiàn)的主要原因。引發(fā)煤礦井下方出現(xiàn)電氣失爆現(xiàn)象的原因較為復(fù)雜，主要總結(jié)為以下幾方面：

一是各個(gè)煤礦井的生產(chǎn)班組對(duì)于生產(chǎn)產(chǎn)量、效率等過(guò)于重視，但卻忽略了電氣設(shè)備日常檢修的重要意義，致使設(shè)備的日常檢修與維護(hù)長(zhǎng)期處于缺失狀態(tài)。再加上機(jī)電檢修人員未能依照相關(guān)要求落實(shí)相關(guān)檢修措施，致使電氣設(shè)備無(wú)法獲得良好的檢修與維護(hù)條件。尤其是在煤礦井環(huán)境下，過(guò)度潮濕的條件增大了設(shè)備表面防護(hù)層銹蝕與脫落現(xiàn)象的發(fā)生。對(duì)隔爆接合面進(jìn)行長(zhǎng)期觀察與總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)，銹皮、煤塵等雜物較多，極大影響了設(shè)備的日常應(yīng)用效果。對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行開(kāi)蓋處理時(shí)，未能應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的工具，直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行破拆處理，采取硬敲等暴力手段，導(dǎo)致設(shè)備外殼出現(xiàn)變形或扭曲現(xiàn)象。二是防爆設(shè)備搬運(yùn)環(huán)節(jié)未能依照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行操作處理，增大了設(shè)備外殼劃痕或壓傷等現(xiàn)象的發(fā)生幾率。三是進(jìn)行井下設(shè)備安裝過(guò)程中，技術(shù)人員未能充分依據(jù)《煤礦安全規(guī)劃》的規(guī)章制度要求對(duì)設(shè)備安置方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，在對(duì)隔爆面進(jìn)行緊固作業(yè)過(guò)程中，所用螺絲釘規(guī)格不滿(mǎn)足安裝需求、螺孔與螺釘不匹配、螺孔深度較淺，使得零件緊固程度不足，導(dǎo)致爆破面出現(xiàn)間隙，引發(fā)失爆情況。四是在設(shè)備安裝完畢后，技術(shù)人員未能按照要求進(jìn)行驗(yàn)收或沒(méi)有對(duì)維修工作的展開(kāi)情況進(jìn)行全程監(jiān)督，增大了設(shè)備失爆現(xiàn)象的發(fā)生幾率。五是電氣設(shè)備日常維修與維護(hù)工作處理不及時(shí)，導(dǎo)致防護(hù)層出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，防爆面進(jìn)入煤塵等雜物，緊口接合面常有凹坑出現(xiàn)，極有可能使防爆接合面間隙擴(kuò)大而失爆。六是煤礦開(kāi)采從業(yè)人員素質(zhì)不高，礦工對(duì)防暴理論知識(shí)未能熟悉掌握，對(duì)煤礦各種規(guī)章制度未能及時(shí)貫徹實(shí)施，對(duì)設(shè)備隔爆需求馬虎大意，致使出現(xiàn)失爆。七是工作人員安全意識(shí)不足，對(duì)設(shè)備性能熟悉程度不夠。裝卸作業(yè)過(guò)程中，未嚴(yán)格遵守使用專(zhuān)用工具的要求，導(dǎo)致錯(cuò)誤操作，埋下失爆隱患，如防爆電機(jī)極端蓋拆卸作業(yè)過(guò)程中，部分工作人員為了便捷，對(duì)器械進(jìn)行敲打，可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)端蓋部分出現(xiàn)不明顯的裂縫或因用力過(guò)猛出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，導(dǎo)致失爆情況發(fā)生。拆零件時(shí)未及時(shí)打印鋼標(biāo)，待安裝時(shí)不能對(duì)號(hào)而誤認(rèn)為是能互換的，致使間隙過(guò)小，而對(duì)活動(dòng)接合面造成摩擦，破壞隔爆面導(dǎo)致失爆。

4 電氣設(shè)備失爆預(yù)防措施

嚴(yán)控采購(gòu)關(guān)卡。嚴(yán)控采購(gòu)關(guān)卡，應(yīng)用在煤礦井下的一系類(lèi)電氣設(shè)備均應(yīng)具備與之相匹配的防爆合格證明。

確保電氣設(shè)備選擇的合理性。技術(shù)人員在設(shè)備采購(gòu)前應(yīng)組織召開(kāi)專(zhuān)題報(bào)告會(huì)，在會(huì)議中需要確定設(shè)備的各類(lèi)使用參數(shù)，如工作溫度、額定電壓等。

強(qiáng)化設(shè)備日常維護(hù)。在針對(duì)設(shè)備做日常維護(hù)時(shí)，必須對(duì)其隔爆接合面做全方位的檢測(cè)與處理，應(yīng)特別關(guān)注喇叭嘴的進(jìn)線(xiàn)與出線(xiàn)位置，做好針對(duì)按鈕分合閘與開(kāi)關(guān)的實(shí)時(shí)漏電檢測(cè)。在設(shè)備檢修前，要對(duì)瓦斯?jié)舛?、?yàn)電及放電等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，必須在斷電條件下才可展開(kāi)檢修任務(wù)。在對(duì)保護(hù)整定值進(jìn)行調(diào)整時(shí)，以設(shè)備運(yùn)行環(huán)節(jié)的電量負(fù)荷為基礎(chǔ)，需定期進(jìn)行線(xiàn)纜絕緣阻值的檢測(cè)，滿(mǎn)足煤礦的日常開(kāi)采需求。

安裝失爆自檢儀。失爆自檢儀的主要作用是對(duì)內(nèi)部裝置接線(xiàn)、老化及短路狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，提升防爆效果。若發(fā)現(xiàn)失爆現(xiàn)象，則其內(nèi)部控制器將在第一時(shí)間檢測(cè)到電位差并切斷電源，從而達(dá)到降低失爆發(fā)生幾率的目的。

加大培訓(xùn)力度，完善相關(guān)制度。公司必須為維護(hù)人員提供專(zhuān)業(yè)的培訓(xùn)，使員工的自身安全意識(shí)得到極大的提升，從根本上提升其技能水平，降低安全事故的發(fā)生幾率。要對(duì)井下設(shè)備的實(shí)際防爆情況進(jìn)行檢查，加大考核力度，完善相關(guān)管理制度，將事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)最大限度地降低。

提升工作人員安全意識(shí)及業(yè)務(wù)水平。煤礦管理人員在實(shí)際工作過(guò)程中，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到良好的安全意識(shí)及業(yè)務(wù)水平是降低電氣設(shè)備失爆情況發(fā)生幾率的有效手段，為此，管理人員應(yīng)積極開(kāi)展多元化的安全生產(chǎn)教育，確保工作人員認(rèn)識(shí)到安全生產(chǎn)的重要意義，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行業(yè)務(wù)技能培訓(xùn)，促使其明確相關(guān)操作流程，具備嚴(yán)格依照規(guī)定流程進(jìn)行施工的意識(shí)，最大限度降低因人為因素導(dǎo)致的失爆現(xiàn)象發(fā)生幾率。