煤礦井下電氣設備防爆安全技術(shù)

電氣設備如果在井下出現失爆，將極有可能點(diǎn)燃瓦斯和煤塵，嚴重威脅井下工作人員的安全，甚至礦井的安全。因此，必須加強礦井電氣設備防爆管理，杜絕井下電氣設備出現失爆現象，以確保礦井供電安全。

一、   井下防爆電氣設備基礎知識及相關(guān)標準

1、       防爆電氣設備標準

防爆電氣設備是指按國家標準設計、制造、使用，不會(huì )引起周?chē)ㄐ曰旌衔锉ǖ碾姎庠O備。根據防爆技術(shù)的不同，將防爆電氣設備分為隔爆型（d）、增安型（e）、本質(zhì)安全型（i）、正壓型（p）、充油型（o）、充沙型（q）、無(wú)火花型（n）、澆封型（m）、氣密型（h）、特殊型（s），并對其防爆技術(shù)及實(shí)驗方法進(jìn)行了規定。國家標準主要包括以下幾方面。

（1）電氣設備的允許最高表面溫度，表面可能堆積粉塵時(shí)為150℃，采取防塵堆積措施時(shí)為450℃，防爆電氣設備的使用環(huán)境為－20～40℃。

    （2）電氣設備與電纜的連接應采用防爆電纜接線(xiàn)盒，電纜的引入引出必須用密封的電纜引入裝置，并應具有防松動(dòng)、防拔脫措施。

（3）對不同的額定電壓和絕緣材料，電氣間隙和爬電距離都符合相應的國家標準要求。

（4）具有電氣或機械閉鎖裝置，有可靠的接地及防止螺栓松動(dòng)的裝置。

（5）防爆電氣設備如果采用塑料外殼，須用不燃性或難燃性材料制成，并保證塑料表面的電阻大于1×109，以防積聚靜電，還必須承受沖擊試驗和熱穩定試驗。

（6）防爆電氣設備限制使用鋁合金外殼，防止其與鐵銹摩擦產(chǎn)生大量熱能，避免形成危險溫度。

（7）防爆電氣設備必須經(jīng)國家認定的防爆試驗單位鑒定。

2、防爆電氣設備的防爆原理

（1）隔爆型電氣設備的防爆原理：將正常工作或事故狀態(tài)下可能產(chǎn)生火花的部分放在一個(gè)或幾個(gè)外殼中，這種外殼除了將其內部的火花、電弧與周?chē)h(huán)境中的爆炸性氣體隔開(kāi)外，還應當使進(jìn)入殼內的爆炸性氣體混合物被殼內的火花、電弧引爆時(shí)外殼不被炸壞，也不致使爆炸物通過(guò)連接縫隙引爆周?chē)h(huán)境中的爆炸性氣體混合物。

（2）增安型電氣設備的防爆原理：設備在正常運行條件下不會(huì )產(chǎn)生電弧、火花和危險溫度。

（3）本質(zhì)安全型電氣設備的防爆原理：通過(guò)限制電路的電氣參數（主要指在規定的試驗條件下，正常工作或規定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和熱效應均不能點(diǎn)燃規定的爆炸性混合物的電路）限制放電能量實(shí)現電氣防爆。

（4）正壓型電氣設備的防爆原理：將電氣設備置于外殼內，殼內充入保護性氣體，并使殼內的保護性氣體壓力高于周?chē)ㄐ原h(huán)境的壓力，以阻止外部爆炸性混合物進(jìn)入殼內實(shí)現電氣設備的防爆。

（5）充油型電氣設備的防爆原理：將全部或部分部件浸在油內，使設備在故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電弧、火花不能點(diǎn)燃油面以上的或殼外的爆炸性混合物。

（6）充砂型電氣設備的防爆原理：在電氣設備的外殼內填充石英砂，將設備的導電部件或帶電部分埋在石英砂防爆材料之下，使之在規定的條件下，在殼內產(chǎn)生的電弧、傳播的火焰、外殼壁或石英砂材料表面的溫度都不能點(diǎn)燃周?chē)ㄐ曰旌衔铩?span>

（7）無(wú)火花型電氣設備的防爆原理：設備在正常運行條件下，不會(huì )產(chǎn)生有點(diǎn)燃作用的故障出現。

（8）澆封型電氣設備的防爆原理：將電氣設備有可能產(chǎn)生點(diǎn)燃爆炸性混合物的電弧、火花或能產(chǎn)生高溫的部件澆封在澆封劑中，避免這些電氣部件與爆炸性混合物接觸，從而使電氣設備在正常運行或在認可的故障和過(guò)載情況下均不能點(diǎn)燃周?chē)谋ㄐ曰旌衔铩?span>

（9）氣密型電氣設備的防爆原理：電氣設備或電氣部件置于氣密的外殼內，這種外殼能防止可燃性氣體進(jìn)入殼內。

（10）特殊型電氣設備的防爆原理：不同于現有防爆設備的防爆原理，但經(jīng)國家認可的檢驗機構確實(shí)具有防爆性能。

3.防爆電氣設備的標志

為了從防爆電氣設備的外觀(guān)上能明顯地了解它的類(lèi)型，把防爆電氣設備的標志、型式、類(lèi)別、級別、組別按一定順序排列起來(lái)。

（1）標志：防爆電氣設備的總標志為Ex，安全標志為MA。

（2）型式：即各種類(lèi)型的防爆電氣設備的標志，如d表示隔爆型電氣設備。

（3）類(lèi)別：按使用環(huán)境的不同，將防爆電氣設備分為Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)。Ⅰ類(lèi)專(zhuān)門(mén)適用于煤礦井下，Ⅱ類(lèi)用于地面工廠(chǎng)具有非甲烷外的混合物爆炸環(huán)境中。

（4）級別：主要針對隔爆型和本質(zhì)安全型電氣設備，分為ⅡA、ⅡB、ⅡC3級。

（5）組別：針對Ⅱ類(lèi)電氣設備，按照運行時(shí)允許的最高表面溫度分為T1～T6共6組。

4.防護等級

防護等級指電氣設備具有的防外物、防水的能力。防外物是指防止外部固體進(jìn)入設備內部和防止人體觸及設備內部帶電或運動(dòng)部件的性能。防水是指防止外部水分進(jìn)入設備內部，對設備本身產(chǎn)生有害影響的防護能力。國家標準規定防護等級（IP××中，第一個(gè)“×”表示防外物的能力，第二個(gè)“×”表示防水能力）中防外物分為7級（0～6），防水分為9級（0～8）.數字越大等級越高，要求越嚴格。

（二）失爆現象

失爆是指電氣設備失去了耐爆型和隔爆性。常見(jiàn)的失爆現象有以下幾種。

1.連接螺栓的失爆現象

（1）缺螺栓、彈簧墊圈或螺母，螺栓或螺孔滑扣，螺栓折斷在螺孔中。

（2）彈簧墊圈未壓平或螺栓松動(dòng)，彈簧墊圈斷裂或無(wú)彈性（偶爾出現彈簧墊圈斷裂或失去彈性時(shí)，檢查該處防爆間隙，若不超限，更換合格彈簧墊圈后不為失爆）。

（3）使用塑料或輕合金材料自制的螺栓或螺母。

（4）護圈式或沉孔式緊固件緊固后，螺栓頭或螺母的上平面超過(guò)護圈或沉孔。

（5）螺孔與螺栓不匹配的。

（6）彈簧墊圈的規格與螺栓不相適應的。

（7）設備同一部位螺栓、螺母等規格應一致。鋼緊固螺栓伸入螺孔長(cháng)度應不小于螺栓直徑尺寸，鑄鐵、銅、鋁件不小于螺栓直徑的1.5倍；如果螺孔深度不夠，則必須上滿(mǎn)絲，否則為失爆。

（8）通孔螺栓未外露3~5絲（包括帶螺帽）。

（9）壓線(xiàn)板可以不加彈簧墊圈，但兩端不一致的。

2.電纜引入引出裝置的失爆現象

（1）密封圈老化、失去彈性、變質(zhì)、變形，有效尺寸配合間隙達不到要求，起不到密封作用。

（2）密封圈外徑與進(jìn)線(xiàn)裝置內徑差超過(guò)表1規定的。密封圈寬度應大于電纜外徑的0.7倍，但不得小于10mm；厚度應大于電纜外徑的0.3倍，但不得小于4mm。

表1  密封圈外徑與進(jìn)線(xiàn)裝置內徑間隙

密封圈外徑/mm

外徑與進(jìn)線(xiàn)裝置內徑間隙/mm

                ≤20

         ≤1.0

               20~60

         ≤1.5

               ＞60

         ≤ 2.0

  （3）密封圈內徑與引出入電纜外徑大于1mm以上。

  （4）密封圈的單孔內穿進(jìn)多根電纜。

  （5）密封圈割開(kāi)套在電纜上。

  （6）密封圈刀削后凸凹不整齊圓滑，鋸齒差大于2mm以上。

  （7）密封圈沒(méi)有完全套在電纜護套上。

  （8）線(xiàn)嘴壓緊沒(méi)有余量（螺旋式進(jìn)線(xiàn)嘴壓緊后應外露1~3絲，倒角、車(chē)削槽間距不算；壓盤(pán)式進(jìn)線(xiàn)嘴壓緊后應外露3~5mm）。

  （9）線(xiàn)嘴內緣壓不緊密封圈，或密封圈端面與器壁接觸不嚴，或密封圈能活動(dòng)。

  （10）電纜壓線(xiàn)板未壓緊電纜，壓扁量超過(guò)電纜直徑的10%者，用單手搬動(dòng)喇叭嘴時(shí)上下左右晃動(dòng)。

  （11）在引入引出裝置外端能輕易來(lái)回抽動(dòng)電纜。

  （12）密封圈與電纜護套之間有其他包扎物。

  （13）空閑進(jìn)線(xiàn)嘴缺擋板或擋板直徑比進(jìn)線(xiàn)嘴內徑小2mm以上，擋板厚度小于2mm。

  （14）擋板放在密封圈里面或線(xiàn)嘴的金屬墊圈放在擋板與密封圈之間。

  （15）進(jìn)線(xiàn)裝置破損不齊全。

  （16）大小密封圈套用的。

  （17）一個(gè)進(jìn)線(xiàn)嘴用多個(gè)密封圈的。

  （18）線(xiàn)嘴與密封圈之間沒(méi)有加裝金屬墊圈。

  （19）密封圈裝反（可切削端頭朝外）。

  3.插接裝置的失爆現象

  （1）煤電鉆插銷(xiāo)的電源側應接插座，負荷側應接插銷(xiāo)，如反接即為失爆。

  （2）電源電壓低于1140V，插接裝置缺少防止突然拔脫的聯(lián)動(dòng)裝置。

  （3）電源電壓高于1140V，插接裝置上沒(méi)有電氣連鎖裝置。

  （4）插銷(xiāo)在觸頭斷開(kāi)的瞬間，外殼隔爆接觸面的最小有效長(cháng)度L和最大直徑差W不符合表2的規定。

       2 外殼隔爆接觸面的最小有效長(cháng)度L和最大直徑差W

外殼凈容積/L

L/mm

W/mm

      ≤ 0.5

      15

       0.5

       ＞0.5

      25

       0.6

  4.外殼、腔內的失爆現象

  （1）使用未經(jīng)國家法定的經(jīng)驗單位發(fā)證生產(chǎn)的防爆部件。

  （2）隔爆外殼有裂紋、開(kāi)焊，嚴重變形長(cháng)度超過(guò)50mm，凹坑深度超過(guò)5mm。

  （3）隔爆腔內、外有銹皮脫落。

  （4）閉鎖裝置不符合規定，閉鎖裝置不齊全、變形損壞起不到機械閉鎖作用。

  （5）電氣閉鎖不起作用。

  （6）外殼透明件（觀(guān)察窗）破裂、有凹坑，使用非抗機械、熱、化學(xué)腐蝕的玻璃件。

  （7）腔內隨意增加安裝電氣零部件，造成空腔容積變化。

  （8）接線(xiàn)柱、絕緣座管燒壞，使兩個(gè)空腔連通。

  （9）腔內壁未均勻地涂耐弧漆，而使用涂調和漆、磁漆。

  5.防爆面的失爆現象

  防爆接合面應保持光潔、完整，須有防銹措施，如電鍍、磷化、涂防銹油等，各結構參數符合出廠(chǎng)規定。有下列情況之一的即為失爆：

  （1）螺紋的最小擰入深度和最少?lài)Ш峡蹟挡环媳?span>3的規定。

      表3  螺紋的最小擰入深度和最少?lài)Ш峡蹟?span>

 外殼凈容積/L

 最小擰入深度/mm

  最小嚙合扣數

      ≤ 0.1

       5.0

 

        6

     0.1~2.0

       9.0

        ＞2.0

      12.5

  （2）隔爆面上，在規定長(cháng)度及螺孔邊緣至隔爆面邊緣的最短有效長(cháng)度范圍內，如發(fā)現下列缺陷者為失爆：

  ①對局部出現的直徑不大于1mm、深度不大于2mm的砂眼，在40mm、25mm、15mm的隔爆面上，每平方厘米不得超過(guò)5個(gè)，10mm的隔爆面超過(guò)2個(gè)。

  ②偶然產(chǎn)生的機械傷痕，其寬度與深度大于0.5mm，其剩余無(wú)傷隔爆面有效長(cháng)度小于規定長(cháng)度的2/3（無(wú)傷隔爆面有效長(cháng)度可以幾段相加）。

  （3）隔爆面上不準涂油漆，無(wú)意造成油漆痕跡，當場(chǎng)擦掉不為失爆。

  （4）隔爆面有銹跡，用棉紗擦后，仍留有銹蝕斑痕者為銹蝕，而只留云影，不算失爆。

  （5）用螺栓固定的隔爆面，參見(jiàn)連接螺栓的失爆現象。

  （6）隔爆接合面在設備不帶電情況下用手打不開(kāi)。

  （7）隔爆接合面使用密封圈，檢修后未安裝密封圈，密封圈破損、斷裂或外露。

  （8）隔爆接合面法蘭厚度小于原設計的85%。

  6.接地裝置的失爆現象

  接地的目的是防止電氣設備外殼帶電而危及人身和礦井安全。當電氣設備絕緣損壞時(shí)，正常情況下不帶電的金屬外殼等將帶電，會(huì )造成人身觸電或對地放電產(chǎn)生電弧而引起瓦斯爆炸。凡出現下列現象的與電氣設備失爆同等對待：

  ①電壓在36V以上的電氣設備未裝設保護接地裝置。

  ②多臺電氣設備串聯(lián)接地。

  ③未用符合要求的鋼管（鋼板）制作的接地極。

  ④接地連線(xiàn)、接地阻值不符合《煤礦安全規程》要求。

  （5）外接地螺栓規格不符合下列規定的：

  ①功率大于10KW的電氣設備，螺栓公稱(chēng)直徑不小于M12。

  ②功率在5~10KW之間的電氣設備，螺栓公稱(chēng)直徑不小于M10。

  ③功率在0.25~5KW之間的電氣設備，螺栓公稱(chēng)直徑不小于M8。

④功率不大于250W且電流不大于5A的電氣設備，螺栓公稱(chēng)直徑不小于M6。

（6）內接地螺栓不符合下列規定的：

  ①導線(xiàn)芯線(xiàn)截面不大于35mm2時(shí)，內接地螺栓直徑應與芯線(xiàn)接線(xiàn)螺栓直徑相同。

  ②導線(xiàn)芯線(xiàn)截面大于35mm2時(shí)，內接地螺栓直徑應不小于芯線(xiàn)接線(xiàn)螺栓直徑的一半，但至少應等于連接35mm2芯線(xiàn)接線(xiàn)螺栓直徑。

  （7）在設備標示的接地位置外加裝螺栓接地的，或多處接地點(diǎn)但只接地一處。

  （8）接地裝置部件不齊全。

  （9）接地極安裝不牢固（但放置在水溝內的不受此限）、放置在水溝內的未被水淹沒(méi)。

  （10）使用電動(dòng)機底座連接螺栓作為接地裝置連接點(diǎn)。

  7.接線(xiàn)的失爆現象

  電纜不合格接頭：“雞爪子”“羊尾巴”、明接頭和電纜破口均稱(chēng)為不合格接頭，它是電氣安全隱患點(diǎn)，與電氣失爆同等對待。

  （1）“雞爪子”：

  ①橡套電纜的連接不采用硫化熱補或同等效能的冷補

  ②電纜（包括通信、照明、信號、控制電纜）不采用接線(xiàn)盒的接頭。

  ③高壓鎧裝電纜的連接不采用接線(xiàn)盒或不灌注絕緣充填物，或絕緣充填物沒(méi)有灌到三岔口以上，或絕緣膠有裂紋，或充填物不嚴密漏出芯線(xiàn)的接頭。

  （2）“羊尾巴”。電纜的末端未接裝防爆電氣設備或防爆元件，電氣設備進(jìn)線(xiàn)嘴（包括五小電器元件）2m內有不合格接頭或明線(xiàn)破口。

  （3）明接頭。電氣設備與電纜有裸露的導體或未經(jīng)審批且安全措施不到位、條件不允許而進(jìn)行明火操作的接頭。

  （4）電纜破口：

  ①橡套電纜的護套破損、露出芯線(xiàn)或露出屏蔽線(xiàn)網(wǎng)。

  ②橡套電纜護套破損傷痕深度達到電纜護套厚度1 /2以上，長(cháng)度達20mm，或沿圍長(cháng)達1/3以上。

  （5）電纜護套伸入器壁長(cháng)度小于5mm，大于15mm。

  （6）隔爆開(kāi)關(guān)接線(xiàn)腔由電源側進(jìn)出線(xiàn)或負荷側接線(xiàn)或負荷側進(jìn)出線(xiàn)至電源側接線(xiàn)，控制用小喇叭引出動(dòng)力線(xiàn)的均屬于失爆。

  8.照明燈具的失爆現象

  （1）防爆安全型燈具把卡口改為螺口，不能提前斷電。

  （2）隔爆型燈具裝設的電氣連鎖裝置失靈。

  9.電氣設備的失爆現象

  井下使用非防爆電氣設備，或電氣設備超過(guò)其額定容量（包括允許超載能力）運行；采用非阻燃性材料（如彩條布等）制作遮攔等防護設備（配件）。

  10.井口房和通風(fēng)機房20m內，使用火爐取暖或有煙火的，按失爆對待。

  （三）失爆的原因、危害、防治

  1.原因

  （1）設備安裝不規范，安裝過(guò)程中未對防爆點(diǎn)進(jìn)行詳細檢查，未按規程和相關(guān)制度、規范安裝。

  （2）維護和定期檢修不妥，防護層的脫落往往使隔爆面上出現砂泥灰塵，用螺釘緊固的平面對口接合面出現凹坑，使隔爆面間隙增大。

  （3）移動(dòng)或搬運不當而發(fā)生磕碰，使外殼變形或產(chǎn)生嚴重機械傷痕。

（4）裝配時(shí)由于雜質(zhì)沒(méi)有及時(shí)清除，產(chǎn)生嚴重的機械傷痕。

  （5）隔爆面上產(chǎn)生銹蝕現象，增大粗糙度。

  （6）螺孔深度過(guò)淺或螺栓過(guò)長(cháng)，而不能很好地緊固零件。

  （7）未按規程要求制作、安裝接地裝置。

  （8）在隔爆外殼內隨意增加元器件，使電氣距離和爬電距離小于規定值，造成故障時(shí)電弧經(jīng)外殼接地短路。

  2.危害

  設備一旦出現失爆現象，在運行過(guò)程中內部產(chǎn)生故障引發(fā)爆炸，將炸壞外殼而引爆殼外爆炸性氣體，或者從各部縫隙中噴出的高溫氣體或火焰引起殼外的爆炸性氣體爆炸，這對煤礦井下是極其危險和不利的。

  3.防治

  為了確保礦用電氣設備的完好，杜絕失爆的發(fā)生，必須堅持管理、裝備、培訓并重的原則，在對設備的使用、維護、檢修中要嚴格按照《煤礦安全規程》執行。具體可從以下幾點(diǎn)入手：

  （1）使用合格的防爆電氣設備，禁止非防爆電氣設備入井。

  （2）嚴格按照《煤礦安全規程》和有關(guān)要求安裝，杜絕安裝時(shí)出現失爆。

  （3）檢修時(shí)做到輕拿輕放，防止產(chǎn)生機械劃痕。

  （4）加強防爆電氣設備的管理，做好檢查督促工作。