我国煤矿机械防爆电气现状及其合理选用

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我国煤矿机械防爆电气现状及其合理选用
叶笑洋,徐光远,何早红(湘潭工学院,湖南　湘潭411201)
摘　要 : 简要介绍我国煤矿机械防爆电气发展现状和煤矿实际使用状况 ,阐述了煤矿井下作业机械设计中其防爆电气选用的基本方法。
关键词 : 煤矿机械 ; 防爆电气 ; 现状 ;
合理选用中图号 : TD684文献标识码 : A1　
前言煤矿井下电气与煤矿安全息息相关 ,据统计 ,因电火花引起的瓦斯爆炸事故 ,占我国煤矿爆炸事故的相当比例 ,因此 ,对用于煤矿井下作业机械的防爆电气设备有可靠防爆性能的要求。了解煤矿井下作业机械的防爆电气设备现状 ,对进一步研制、开发安全可靠的煤矿井下防爆电气新产品 ,对正确设计和正常使用、维护井下作业机械 ,解决其中相关防爆电气中存在的问题 ,对今后煤炭工业的发展都具有积极的意义。
2　我国煤矿井下防爆电气现状采煤机、刮板输送机、转载机、顺槽带式输送机、破碎机等煤矿机械必须有可靠的防爆性能 ,设计中大量的矿用防爆产品如防爆电机、防爆电器、防爆灯具、防爆通信设备、矿用电缆及其他防爆专用设备等被采用 ,以保证其防爆要求。对这些矿用防爆电气产品 ,我国从 50 年代引进与仿制部分苏联产品起步 ,经过近 40 多年的努力 ,尤其是 70～80 年代原机械部、煤炭部共同组织千伏级的 (包括 6 kV、1 140V、660 V、127 V) 新系列防爆电气设备的联合攻关、研制工作及以后的完善提高工作 ,初步形成了总体上达到国际 80 年代、部分达到国际 90 年代水平 ,基本上能满足我国煤矿机械化发展的防爆电气产品体系。
211　防爆电机防爆电机按所采用的防爆措施分为隔爆型电机 ,增安型电机 ,通风、充气型电机 ,特殊型电机 ,复合型防爆电机。我国的煤矿用防爆电机过去大部分都是综合性电机厂生产 ,按照通用标准设计考核 ,不能很好地适用煤矿井下环境恶劣、起动频繁、负荷变化大的条件 ,因而使用寿命普遍低于国外同类产品。70 年代 ,原煤炭部组织了采煤机水冷电机攻关 ,从煤矿实际使用工况出发 ,改进了设计和制造工艺 ,严格了考核项目 ,经过几轮改进 ,在工业性试验中取得显著成果 ,某些指标接近或达到西门子同类电机水平。
212　防爆电器(1) 高压防爆电器70 年代研制的高压 (6 kV) 真空配电装置的性能比老产品性能有很大提高 ,已定型的从 BPG2 至BPG26 共 26 种 ,除 BPG7 为少油型外 ,其他均为真空型。但发展已经失控 ,不同结构 ,不同型号 ,而技术水平大致相当的同规格产品重复出现 ,致使一个矿使用的同一功能产品出现 8、9 个生产厂的 10 余种型号的局面 ,给正常维护维修带来了一定困难。随着工作面电压再次升高 ,必须研制性能更完善的高压(313 kV) 配电开关、起动器和插销 ,这就有待于高压真空断路器、真空接触器技术水平提高 ,并有效地解决真空度监测、过电压抑制和提高保护系统与功能显示环节的可靠性以及发展复合型产品。
(2) 低压防爆电器我国低压防爆电器产品类型多 ,使用量大 ,覆盖面大 ,至今已形成防爆馈电开关 ,防爆电磁起动器、防爆断电器、防爆接线盒、防爆插销、防爆主令电器、防爆控制箱、成套电控及其他类防爆电器共 10 个大类。在防爆产品中形成一个较大的行业 ,其中大多数产品处于 70～80 年代水平 ,约 10 %相当于国外90 年代水平 ,与国际先进水平相比 ,我国的低压防爆电器系列较混乱 ,结构陈旧 ,工艺落后 ,成套性、通用性差 ,技术指标不高 ,普遍性能不够稳定 ,故障率高 ,使用维护不方便。(3) 防爆变压器从 60 年代起我国先后成功地研制了干式隔爆型变电站系列 ,最大容量达到 6 kV (10 kV) 1 000kVA ,目前约有 4 000 多台在煤矿井下综采和部分普采工作面运行。但仍有大量结构陈旧、安全性能差、能耗较大的油浸变压器在井下继续使用 ,为实现井下的无油化生产 ,必须尽快更换。213　防爆结构按专家们的估计 ,在煤矿矿井中使用的矿用防?4?　　　　　　　　　　　　　　　　　煤　　矿　　机　　械　　　　　　　　　　　2001 年第 7 期　© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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爆电气有 70 %～80 %的结构为间隙隔爆型 ,我国也一直偏重于间隙防爆 ,因而我国煤矿井下防爆电器设备基本上是较为笨重的隔爆型 ,对于世界其他应用较为成熟的矿用设备已起步研制并取得一定成效。总之 ,目前我国防爆电气产品与国外先进水平的主要差距是普遍存在可靠性不高、寿命较短、保护功能不完善 ,系列化、通用化较差 ,其失效率和平均无故障工作时间普遍低于国外同类产品。这是由于材料、元器件、技术力量、工艺水平等多方面的原因造成的。就目前国内各矿井的具体使用情况而言 ,则更是不容乐观 ,
主要表现 :(1) PB2、PB3 型高爆开关仍在使用　国家《爆炸性环境用防爆电气设备》(GB3836 —83) 自 1985 年起实施 ,(90) 中煤总生字第 40 号文件《关于执行国家GB3836 的通知》中进一步指示 :“……PB2、PB3 型高爆开关采用多油断路器 ,保护不完善 ,操作机构不可靠 ,防爆性能不符合现行防爆标准 ,是煤矿生产的事故隐患”。因此 ,1990 年 1 月 1 日起 ,不符合 GB3836要求的老产品一律禁止生产 ,PB2、PB3 型高爆开关限定 5 a 内更换完毕 ,可直到今天 ,仍有矿井在使用 ,甚至占到相当大的比例 ,有的矿高达 66198 %。
(2) 非防爆设备仍在井下运行　近年来 ,随着防爆产品的开发如液压绞车、电控防爆绞车、防爆电机等的大量投入使用 ,使一些新采区上下山的绞车装备实现了防爆要求 ,但仍有非防爆电控绞车在井下使用 ,同时井下动力变压器、部分采区绞车电机、电控及钢绳牵引带式输送机电机等仍为非防爆型。
(3) 井下绝大多数橡胶套电缆不符合标准　《煤矿用阻燃电缆阻燃性试验方法和判定规则》(MT368 —95) 于 1995 年起由原煤炭部通知下发 ,同年 5 月 1 日起强制执行。此标准通过 3 种方法来检验电缆的阻燃性 ,即负载条件下的燃烧试验方法 ,成束电缆燃烧试验方法和单根电缆垂直燃烧试验方法。目前 ,国内少数电缆厂能提供符合标准的产品 ,严格讲 ,目前煤矿井下使用的橡胶套电缆 ,尤其是用于照明、信号和控制等的橡胶套电缆仍是煤矿安全的一种隐患。
3　煤矿井下作业机械设计中防爆电气的合理选用矿井作业机械工作在含有 CH4、CO、CO2、H2S 等各种易燃、易爆有害气体 ,含煤尘、岩粉 ,有淋水和高温等一系列特点的井下恶劣环境中 ,工况十分复杂。防爆电气选用的好坏 ,关系到矿井作业机械是否可靠和经济合理 ,尤其是直接影响着井下工作人员的生命和矿井安全生产。因此 ,合理选用防爆电气设备对设计井下作业机械十分重要。具体选择中应注意做好以下几方面工作。
311　掌握作业机械的工作环境选择电气设备前 ,应掌握爆炸危险场所有关资料 ,包括场所等级和区域范围划分 ,以及所在场所内爆炸性混合物的级别、组别等原始资料。根据电气设备使用场所的等级、防爆电气设备的种类和使用条件选择电气设备。选用的防爆电气设备的级别和组别不低于该场所内爆炸性混合物的级别和组别 ,当存在 2 种以上爆炸物质时 ,应按混合后的爆炸性混合物的级别和组别选用 ,如无可查又不可能进行试验时 ,可按危险程度较高的级别和组别选用。矿井用防爆电气设备的最高表面温度无煤粉沉积时不得超过 450 ℃,有煤粉沉积时不得超过 150℃,在爆炸危险场所 ,应尽量不用或少用携带式电气设备 ,尽量少安装插销座。
312　弄清井下作业机械对电气系统的基本要求煤矿井下作业机械类别多 ,工作原理、工况参数不尽相同 ,电气系统组成、要求也不一样 ,因此必须先掌握作业机械对电气系统的各项要求 ,如井下暗斜井或暗立井中使用的液压防爆绞车 ,由液压系统实现换向和无级调速
,其电气部分有如下几个特点 :(1) 液压系统采用鼠笼式电动机 ,且全压直接启动 ,因而其电控系统比电控绞车简单得多
;(2) 液压防爆绞车的主油泵及辅助油泵电动机只需朝一个方向运转 ,不象电控绞车的电动机那样有正反转操作 ,液压绞车的正反转由液压系统实现 ;
(3) 空载启动 ,液压绞车的主油泵和辅助油泵在不带负载的情况下启动 ,因此启动设备简单 ,在操作顺序上 ,先启动辅助油泵 ,然后再启动主油泵 ,2 台控制主、辅助油泵在控制回路上利用继电器的辅助触点进行联锁。
313　掌握防爆电气的主要类型与工作特点煤矿井下使用电气设备按结构分 ,
主要有如下几类 :(1) 隔爆型　这类设备具有能承受内部的爆炸性混合物的爆炸而不至受到损坏 ,而且通过外壳任何结合面或结构孔洞 ,不致使内部爆炸引起外部爆炸性混合物爆炸 ;隔爆性设备的外壳由钢板、铸钢、铝合金、灰铸铁等材料制成 ,其外壳能承受 115 倍参考压力的静压或动压试验 ,隔爆型电气设备可经隔爆接线盒(或插销座) 接线 ,亦可直接接线。
(2) 增安型　这类设备是在正常时不产生火花、电弧或高温的设备上采取措施以提高安全程度 ,增?5?　2001 年第 7 期　　　　　　　　　　　煤　　矿　　机　　械　　　　　　　　　　　　　　　　　　© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
安型设备的绝缘带电部件的外壳防护应符合 IP44 ,其裸露带电部件的外壳防护应符合 IP54。引入电缆或连接件应保证与电缆或导线联接牢固、接线方便 ,同时还必须防止电缆或导线松动、自行脱落、扭转 ,并能保证良好的接触压力。
(3) 本质安全型　这类设备是在正常运行或发生故障情况下产生的火花或热效应 ,均不能点燃爆炸性混合物的电气设备。本质安全型设备按其安全程度分成 ia或 ib级 ,前者是在正常工作或 1 个故障和 2 个故障时不能点燃爆炸性混合物的电气设备 ,主要用于 0 区 ,后者是在正常工作和 1 个故障时不能点燃爆炸性混合物的电气设备 ,主要用于 1 区。
(4) 无火花型　这类设备是在防止产生危险温度、外壳防护、防冲击、防机械摩擦火花、防电缆事故等方面采取措施 ,以防止火花、电弧或危险温度的产生来提高安全程度的电气设备。此外防爆电气还有充砂型、正压型及其他特殊型。设计中防爆电气如旋转电机、变压器、控制电器及其他如照明灯具、信号设备的结构选型可参考有关设计手册和资料进行。314　根据需要研制开发节能型防爆电气设备我国的能源政策是坚持大、中、小并举的方针 ,在研制开发高产高效工作面供电系统 (213～5 kV)及相关的隔爆电气设备的同时 ,还要研制开发适合我国国情的中、小煤矿所需要的安全、简单、可靠和价廉的电气设备。我国煤矿为高能耗、低效益企业 ,其产值能耗为发达国家的 4～5 倍 ,产品单耗比发达国家高 40 % ,因此巩固推广应用节能成果 ,研制开发新型节能防爆电气产品势在必行。此外 ,在煤矿进一步推广无功就地补偿装置 ,工作面和顺槽集中控制 ,推广双速电机 ,电控及软起动装置。同时研制高产高效防爆电机和风机 ,优化防爆变压器设计和开发高照明轻型防爆灯具等 ;继续推广选择性漏电保护装置 ,研制适合多机拖动的电机综合保护和长距离、高灵敏照明信号综合保护 ,在瓦斯突出的工作面 ,强制性推广快速断电装置。推广应用 DX —1 型通讯、声光信号装置 ,完善 QC83 系列磁力启动器控制保护回路 ,研制一些高可靠性传感器 ,要有自检测功能及互换性 ,应解决监测、监控供电和通信系统汇接 ,使矿井安全、监测、监控形成综合性的调度指挥系统 ,同时建立与其对应的管理、使用、维护和奖惩制度 ,使其在煤矿管理中更好地发挥作用。
4　结语80 年代以来 ,世界主要采煤国在围绕减面增产、减人增效、实现矿井集中生产 ,积极开发和应用高技术、高性能、高可靠性的综采技术设备 ,出现了众多高产高效综采工作面 ,随着综采设备的进一步发展 ,设备功率、运行距离、电压等级和工作可靠性都将有更进一步的要求。由此对矿用防爆产品的防爆也会提出新的要求。努力改变我国防爆电气普遍存在可靠性不高、寿命较短、保护功能不完善 ,系列化、通用化较差 ,其失效率和平均无故障工作时间低等问题 ,继续发展煤矿自动化技术、微机技术、设备工况监测与故障诊断技术 ,研制和开发节能、防爆效果更好的矿用传感器产品、通信产品势在必行。
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81[8]A A卡伊玛柯夫 1 矿用电气设备防爆原理[M]1 北京:机械工业出版社,1987 ,101作者简介:叶笑洋,1965年生,女,实验师,1985年毕业于湖南工程学院(原湖南省纺织专科学校)电气工程专业,现在湘潭工学院信息与电气工程系电工电子中心工作,发表学术论文数篇。收稿日期:2001204209Developing and using status of explosion proof electricity inmine and the elemental choosing approachYE Xiao-yang , XU Guang-yuan , HE Zao-hong(Xiangtan Polytechnic University ,Xiangtan 411201 ,China)Abstract :Based on the introduction of developing and practical using status of the explosion proof electricity used in themine machinery ,this paper brief formulized the elemental choosing approach in designing of the mine machinery.Key words :mine machinery;explosion proof electricity;status ;elemental choosing?6?