瓦斯、煤尘爆炸是煤炭生产行业中的重大灾害。世界大多数采煤国家都曾发生过一次死亡50人以上的大型瓦斯、煤尘爆炸事故,随着煤炭开采技术和开采设备的现代化,美国、西欧等国瓦斯、煤尘爆炸已很少发生,世界主要采煤国家的每采煤百万吨死亡率大幅度下降。以全国煤炭系统瓦斯、煤尘爆炸事故发生情况为依据,分析煤矿井下带电维修低压隔爆电器设备产生电火花而引起瓦斯、煤尘爆炸的原因,提出了低压隔爆电器设备自带隔爆开关插销,防止产生火花的便利方法。



据有关资料分析,我国煤矿引燃瓦斯爆炸的火源类别与比例是:电火花占50%,放炮火占31.8%,自然发生与明火占12.2%,摩擦火花占3.1%,吸烟占0.6%。控制和消除引爆火源是制止瓦斯、煤尘爆炸的基本外部条件。

一、 电火花是井下爆炸事故主要

电火花是引起煤矿井下瓦斯、煤尘爆炸的主要火源之一，据不完全统计,在全国煤矿共发生261次重大瓦斯、煤尘爆炸事故中,由于电火花引起的次数就有116次,占45%,而死亡人数占总死亡人数的55%。电火花引起的瓦斯、煤尘爆炸事故的火源种类见表1。由表1可见违章带电作业产生电火花引起事故29次,占25%,死亡人数占25%;隔爆电气设备产生电火花引起事故21次,占18%,死亡人数占23%。分析表1统计资料,带电作业产生火花引起的瓦斯爆炸事故案例中,带电直接检修防爆电气设备引起的瓦斯爆炸事故占90%。防爆电气设备失爆产生电火花引起的瓦斯爆炸事故案例中,接线盒失爆或接线不符合要求产生火花引起的瓦斯爆炸事故占85.7%。信号、照明、电话系统产生电火花引起瓦斯爆炸案例中,由于设备接线不合要求产生电火花引起瓦斯爆炸事故占66.7%。据不完全统计,全国瓦斯、煤尘爆炸,约25%的事故是直接由于127V供电系统及使用127V电源的隔爆电气设备产生电火花引起的。因此,如何控制127V供电系统及使用127V电源的隔爆电气设备的电火花,对预防因电火花引起的重大瓦斯、煤尘爆炸事故有着非常重要的作用。

二、低压隔爆电气设备使用现状

煤矿井下使用的127V隔爆电气设备,使用较多的有照明灯具、信号装置、煤电钻,经常需要维修和更换。煤矿安全规程规定:“井下不得带电检修,搬迁电气设备(包括电缆和电线)”。检修隔爆电气设备时需切断电源,检修完好后再送电。有些检修人员,为图省事省时,经常违章带电检修隔爆电气设备,造成许多事故隐患。在127V供电系统中,煤电钻是使用功率的采掘电气设备,其使用量大,工作时间长,又经常处在瓦斯、煤尘、粉尘环境中,如果瓦斯浓度、煤尘浓度超限,煤电钻供电系统产生电火花,就会引起恶性爆炸事故,伤亡人数较多,造成的经济损失也较大。针对工作面照明条件不好,杂物太多的状况,如何解决煤电钻的电源接线规范和保护隔爆面,是非常紧迫和复杂的问题。



三、现场对低压隔爆电气设备的要求

127V供电线路,在井下使用范围广,使用距离长,分支线路多,线路上连接隔爆电气设备多,许多隔爆电气设备使用在复杂的环境中。如使用在运输大巷的隔爆照明灯具,灯具下面有电机车运行;皮带运输机大巷中的隔爆照明灯具,下面有皮带输送机。采用127V电源的煤电钻,担负着炮采和掘进的主要任务,一旦损坏就会影响生产。针对煤矿井下工作连续性和联络困难等特点,对大量使用127V电源的隔爆电气设备提出如下要求。一是使用中安全可靠,连续工作时间长。二是安装和维修方便,结构简单,操作灵活。现场生产技术人员希望使用127V电源的隔爆电气设备在电源侧,有一插销和开关合一的装置。在隔爆电气设备更换时,使用插销能做到快速更换设备,缩短更换时间,且因不用接线,避免设备因接线不合格产生电火花。在隔爆电气设备维修时使用开关控制电源的通断,有效地保证执行煤矿安全规程规定,停电检修,检修人员自己断开电源,设备检修完后,自己送上电源,这样既简化了操作程序,减轻了检修人员的劳动强度,节约了时间,又提高了安全性,防止其他人员误送电,在检修时产生电火花。

四、供电线路常见故障与解决方法


1.常见故障


一是在矿井供电系统中，最常见的短路故障类型有三相短路、两相短路和单相接地短路。二是过载故障是煤矿井下供电系统的不正常运行状态，过载后电网的电流相位对称，幅值大于整定电流，当设备的运行温度超过其允许温升时，就要对电网进行保护。三是由于矿井中大部分供电线路为电缆供电，井下空间狭小，环境恶劣，阴暗潮湿，供电电缆的受潮和机械损伤使电缆经常发生单相漏电故障。


2.解决措施


（1）针对上述各种短路故障时的电气特征，三相号幅值大小和系统电压、电流的相位差即功率因数，就可以有效的将起动电流与短路电流区分开来，使短路保护可靠性得到提高；其它几种不对称短路故障电网中都会产生负序电流分量，根据负序电流的大小来判断不对称短路故障，故采取断相保护原理。


（2）选择基于零序功率方向的矿井低压电网选择性漏电保护技术作为矿用隔爆负荷中心选择性漏电保护。该系统由总馈电开关和分馈电开关联合构成，总开关采用附加直流电源检测原理检测是否发生漏电，分开关采用零序功率方向检测原理判断发生漏电故障的线路。附加直流电源检测原理与零序功率方向检测原理的结合，可以保证电网漏电保护动作的瞬动性和电网对称漏电时保护动作电阻值的稳定性，还可以有效的避免传统单一方法无法对漏电故障线路做出有效选择的弊端，程度的缩小因漏电保护造成的断电范围，既可完成井下低压电网单相漏电时的横向选择性和纵向选择性保护功能。


因隔爆电气设备更换时不用打开设备隔爆接线盒接线,保证了隔爆电气设备电源接线质量,保护了设备接线盒的隔爆面,避免了因设备电源接线不合格引起电火花。即使接线盒内产生电火花,也因隔爆面完好,保证火花不外溢,消除了采用127V电源的隔爆电气设备产生电火花引起瓦斯、煤尘爆炸事故隐患。