瓦斯、煤塵爆炸是煤炭生產行業中的重大災害。世界大多數采煤國家都曾發生過一次死亡50人以上的大型瓦斯、煤塵爆炸事故,隨著煤炭開采技術和開采設備的現代化,美國、西歐等國瓦斯、煤塵爆炸已很少發生,世界主要采煤國家的每采煤百萬噸死亡率大幅度下降。以全國煤炭系統瓦斯、煤塵爆炸事故發生情況為依據,分析煤礦井下帶電維修低壓隔爆電器設備產生電火花而引起瓦斯、煤塵爆炸的原因,提出了低壓隔爆電器設備自帶隔爆開關插銷,防止產生火花的便利方法。
據有關資料分析,我國煤礦引燃瓦斯爆炸的火源類別與比例是:電火花占50%,放炮火占31.8%,自然發生與明火占12.2%,摩擦火花占3.1%,吸煙占0.6%。控制和消除引爆火源是制止瓦斯、煤塵爆炸的基本外部條件。
一、 電火花是井下爆炸事故主要
電火花是引起煤礦井下瓦斯、煤塵爆炸的主要火源之一，據不完全統計,在全國煤礦共發生261次重大瓦斯、煤塵爆炸事故中,由于電火花引起的次數就有116次,占45%,而死亡人數占總死亡人數的55%。電火花引起的瓦斯、煤塵爆炸事故的火源種類見表1。由表1可見違章帶電作業產生電火花引起事故29次,占25%,死亡人數占25%;隔爆電氣設備產生電火花引起事故21次,占18%,死亡人數占23%。分析表1統計資料,帶電作業產生火花引起的瓦斯爆炸事故案例中,帶電直接檢修防爆電氣設備引起的瓦斯爆炸事故占90%。防爆電氣設備失爆產生電火花引起的瓦斯爆炸事故案例中,接線盒失爆或接線不符合要求產生火花引起的瓦斯爆炸事故占85.7%。信號、照明、電話系統產生電火花引起瓦斯爆炸案例中,由于設備接線不合要求產生電火花引起瓦斯爆炸事故占66.7%。據不完全統計,全國瓦斯、煤塵爆炸,約25%的事故是直接由于127V供電系統及使用127V電源的隔爆電氣設備產生電火花引起的。因此,如何控制127V供電系統及使用127V電源的隔爆電氣設備的電火花,對預防因電火花引起的重大瓦斯、煤塵爆炸事故有著非常重要的作用。
二、低壓隔爆電氣設備使用現狀
煤礦井下使用的127V隔爆電氣設備,使用較多的有照明燈具、信號裝置、煤電鉆,經常需要維修和更換。煤礦安全規程規定:“井下不得帶電檢修,搬遷電氣設備(包括電纜和電線)”。檢修隔爆電氣設備時需切斷電源,檢修完好后再送電。有些檢修人員,為圖省事省時,經常違章帶電檢修隔爆電氣設備,造成許多事故隱患。在127V供電系統中,煤電鉆是使用功率的采掘電氣設備,其使用量大,工作時間長,又經常處在瓦斯、煤塵、粉塵環境中,如果瓦斯濃度、煤塵濃度超限,煤電鉆供電系統產生電火花,就會引起惡性爆炸事故,傷亡人數較多,造成的經濟損失也較大。針對工作面照明條件不好,雜物太多的狀況,如何解決煤電鉆的電源接線規范和保護隔爆面,是非常緊迫和復雜的問題。
三、現場對低壓隔爆電氣設備的要求
127V供電線路,在井下使用范圍廣,使用距離長,分支線路多,線路上連接隔爆電氣設備多,許多隔爆電氣設備使用在復雜的環境中。如使用在運輸大巷的隔爆照明燈具,燈具下面有電機車運行;皮帶運輸機大巷中的隔爆照明燈具,下面有皮帶輸送機。采用127V電源的煤電鉆,擔負著炮采和掘進的主要任務,一旦損壞就會影響生產。針對煤礦井下工作連續性和聯絡困難等特點,對大量使用127V電源的隔爆電氣設備提出如下要求。一是使用中安全可靠,連續工作時間長。二是安裝和維修方便,結構簡單,操作靈活。現場生產技術人員希望使用127V電源的隔爆電氣設備在電源側,有一插銷和開關合一的裝置。在隔爆電氣設備更換時,使用插銷能做到快速更換設備,縮短更換時間,且因不用接線,避免設備因接線不合格產生電火花。在隔爆電氣設備維修時使用開關控制電源的通斷,有效地保證執行煤礦安全規程規定,停電檢修,檢修人員自己斷開電源,設備檢修完后,自己送上電源,這樣既簡化了操作程序,減輕了檢修人員的勞動強度,節約了時間,又提高了安全性,防止其他人員誤送電,在檢修時產生電火花。
四、供電線路常見故障與解決方法
1.常見故障
一是在礦井供電系統中，最常見的短路故障類型有三相短路、兩相短路和單相接地短路。二是過載故障是煤礦井下供電系統的不正常運行狀態，過載后電網的電流相位對稱，幅值大于整定電流，當設備的運行溫度超過其允許溫升時，就要對電網進行保護。三是由于礦井中大部分供電線路為電纜供電，井下空間狹小，環境惡劣，陰暗潮濕，供電電纜的受潮和機械損傷使電纜經常發生單相漏電故障。
2.解決措施
（1）針對上述各種短路故障時的電氣特征，三相號幅值大小和系統電壓、電流的相位差即功率因數，就可以有效的將起動電流與短路電流區分開來，使短路保護可靠性得到提高；其它幾種不對稱短路故障電網中都會產生負序電流分量，根據負序電流的大小來判斷不對稱短路故障，故采取斷相保護原理。
（2）選擇基于零序功率方向的礦井低壓電網選擇性漏電保護技術作為礦用隔爆負荷中心選擇性漏電保護。該系統由總饋電開關和分饋電開關聯合構成，總開關采用附加直流電源檢測原理檢測是否發生漏電，分開關采用零序功率方向檢測原理判斷發生漏電故障的線路。附加直流電源檢測原理與零序功率方向檢測原理的結合，可以保證電網漏電保護動作的瞬動性和電網對稱漏電時保護動作電阻值的穩定性，還可以有效的避免傳統單一方法無法對漏電故障線路做出有效選擇的弊端，程度的縮小因漏電保護造成的斷電范圍，既可完成井下低壓電網單相漏電時的橫向選擇性和縱向選擇性保護功能。
因隔爆電氣設備更換時不用打開設備隔爆接線盒接線,保證了隔爆電氣設備電源接線質量,保護了設備接線盒的隔爆面,避免了因設備電源接線不合格引起電火花。即使接線盒內產生電火花,也因隔爆面完好,保證火花不外溢,消除了采用127V電源的隔爆電氣設備產生電火花引起瓦斯、煤塵爆炸事故隱患。
據有關資料分析,我國煤礦引燃瓦斯爆炸的火源類別與比例是:電火花占50%,放炮火占31.8%,自然發生與明火占12.2%,摩擦火花占3.1%,吸煙占0.6%。控制和消除引爆火源是制止瓦斯、煤塵爆炸的基本外部條件。
一、 電火花是井下爆炸事故主要
電火花是引起煤礦井下瓦斯、煤塵爆炸的主要火源之一，據不完全統計,在全國煤礦共發生261次重大瓦斯、煤塵爆炸事故中,由于電火花引起的次數就有116次,占45%,而死亡人數占總死亡人數的55%。電火花引起的瓦斯、煤塵爆炸事故的火源種類見表1。由表1可見違章帶電作業產生電火花引起事故29次,占25%,死亡人數占25%;隔爆電氣設備產生電火花引起事故21次,占18%,死亡人數占23%。分析表1統計資料,帶電作業產生火花引起的瓦斯爆炸事故案例中,帶電直接檢修防爆電氣設備引起的瓦斯爆炸事故占90%。防爆電氣設備失爆產生電火花引起的瓦斯爆炸事故案例中,接線盒失爆或接線不符合要求產生火花引起的瓦斯爆炸事故占85.7%。信號、照明、電話系統產生電火花引起瓦斯爆炸案例中,由于設備接線不合要求產生電火花引起瓦斯爆炸事故占66.7%。據不完全統計,全國瓦斯、煤塵爆炸,約25%的事故是直接由于127V供電系統及使用127V電源的隔爆電氣設備產生電火花引起的。因此,如何控制127V供電系統及使用127V電源的隔爆電氣設備的電火花,對預防因電火花引起的重大瓦斯、煤塵爆炸事故有著非常重要的作用。
二、低壓隔爆電氣設備使用現狀
煤礦井下使用的127V隔爆電氣設備,使用較多的有照明燈具、信號裝置、煤電鉆,經常需要維修和更換。煤礦安全規程規定:“井下不得帶電檢修,搬遷電氣設備(包括電纜和電線)”。檢修隔爆電氣設備時需切斷電源,檢修完好后再送電。有些檢修人員,為圖省事省時,經常違章帶電檢修隔爆電氣設備,造成許多事故隱患。在127V供電系統中,煤電鉆是使用功率的采掘電氣設備,其使用量大,工作時間長,又經常處在瓦斯、煤塵、粉塵環境中,如果瓦斯濃度、煤塵濃度超限,煤電鉆供電系統產生電火花,就會引起惡性爆炸事故,傷亡人數較多,造成的經濟損失也較大。針對工作面照明條件不好,雜物太多的狀況,如何解決煤電鉆的電源接線規范和保護隔爆面,是非常緊迫和復雜的問題。
三、現場對低壓隔爆電氣設備的要求
127V供電線路,在井下使用范圍廣,使用距離長,分支線路多,線路上連接隔爆電氣設備多,許多隔爆電氣設備使用在復雜的環境中。如使用在運輸大巷的隔爆照明燈具,燈具下面有電機車運行;皮帶運輸機大巷中的隔爆照明燈具,下面有皮帶輸送機。采用127V電源的煤電鉆,擔負著炮采和掘進的主要任務,一旦損壞就會影響生產。針對煤礦井下工作連續性和聯絡困難等特點,對大量使用127V電源的隔爆電氣設備提出如下要求。一是使用中安全可靠,連續工作時間長。二是安裝和維修方便,結構簡單,操作靈活。現場生產技術人員希望使用127V電源的隔爆電氣設備在電源側,有一插銷和開關合一的裝置。在隔爆電氣設備更換時,使用插銷能做到快速更換設備,縮短更換時間,且因不用接線,避免設備因接線不合格產生電火花。在隔爆電氣設備維修時使用開關控制電源的通斷,有效地保證執行煤礦安全規程規定,停電檢修,檢修人員自己斷開電源,設備檢修完后,自己送上電源,這樣既簡化了操作程序,減輕了檢修人員的勞動強度,節約了時間,又提高了安全性,防止其他人員誤送電,在檢修時產生電火花。
四、供電線路常見故障與解決方法
1.常見故障
一是在礦井供電系統中，最常見的短路故障類型有三相短路、兩相短路和單相接地短路。二是過載故障是煤礦井下供電系統的不正常運行狀態，過載后電網的電流相位對稱，幅值大于整定電流，當設備的運行溫度超過其允許溫升時，就要對電網進行保護。三是由于礦井中大部分供電線路為電纜供電，井下空間狹小，環境惡劣，陰暗潮濕，供電電纜的受潮和機械損傷使電纜經常發生單相漏電故障。
2.解決措施
（1）針對上述各種短路故障時的電氣特征，三相號幅值大小和系統電壓、電流的相位差即功率因數，就可以有效的將起動電流與短路電流區分開來，使短路保護可靠性得到提高；其它幾種不對稱短路故障電網中都會產生負序電流分量，根據負序電流的大小來判斷不對稱短路故障，故采取斷相保護原理。
（2）選擇基于零序功率方向的礦井低壓電網選擇性漏電保護技術作為礦用隔爆負荷中心選擇性漏電保護。該系統由總饋電開關和分饋電開關聯合構成，總開關采用附加直流電源檢測原理檢測是否發生漏電，分開關采用零序功率方向檢測原理判斷發生漏電故障的線路。附加直流電源檢測原理與零序功率方向檢測原理的結合，可以保證電網漏電保護動作的瞬動性和電網對稱漏電時保護動作電阻值的穩定性，還可以有效的避免傳統單一方法無法對漏電故障線路做出有效選擇的弊端，程度的縮小因漏電保護造成的斷電范圍，既可完成井下低壓電網單相漏電時的橫向選擇性和縱向選擇性保護功能。
因隔爆電氣設備更換時不用打開設備隔爆接線盒接線,保證了隔爆電氣設備電源接線質量,保護了設備接線盒的隔爆面,避免了因設備電源接線不合格引起電火花。即使接線盒內產生電火花,也因隔爆面完好,保證火花不外溢,消除了采用127V電源的隔爆電氣設備產生電火花引起瓦斯、煤塵爆炸事故隱患。
