电火花引爆矿井瓦斯原因分析及防治措施探讨11.doc

电火花引爆矿井瓦斯原因分析及防治措施探讨（一）摘要：矿井瓦斯爆炸一般都具有突发性强、危害性大的特点，一旦发生，不仅造成巨大经济损失，而且会造成多人死伤的重大事故。杜绝瓦斯事故其关键就是防止瓦斯积聚以及杜绝着火源的存在。本文从井下电气火花这个角度分析了由于煤矿井下空间狭窄，顶板片帮、放炮、空气潮湿以及一些人为因素的影响而导致电气线路、电气设备运行时发生短路、过载、接触不良、漏电等故障引发瓦斯爆炸事故的技术和管理两方面原因，并针对这些问题提出了降低电火花产生概率及其防止电火花引爆瓦斯的措施。关键字：瓦斯爆炸；电火花；短路；漏电Abstract: This paper summarizes the reasons of some gas explosions happened in coal mine that are mostly caused by insulation breaking down of the electrical equipments and wires from the view of electrical spark. From two aspects, the technology and management analysis what bring about the accidents, such as short circuit, overload, poor contact, and leakage of electricity, etc. Aimed at these causes, some effective procedures are proposed to depress the emerging of electrical spark to prevent the coalmine gas explosion.Key Words: Gas Explosion; Electrical Spark; Short-Circuit; Leakage of Electricity矿井瓦斯爆炸一般都具有突发性强、危害性大的特点，一旦发生，不仅造成巨大经济损失，而且会造成多人死伤的重大事故。电火花在煤矿瓦斯爆炸引燃火源的众多因素中高居榜首，约为50%。世界采矿史上最大的一次瓦斯爆炸事故-1942年东北本溪煤矿矿难，就是由电火花引起的，一次死亡1 400多人。2005年2月14日发生的自建国以来死伤最严重的阜新孙家湾煤矿海州立井特别重大瓦斯爆炸事故，由于工人违章操作产生电火花引起了瓦斯爆炸，导致214人死亡，30人受伤。以及近年来发生的数起重特大煤矿瓦斯爆炸事故-河南省郑州煤业公司大平煤矿、鸡西矿业集团城子河矿特大瓦斯爆炸事故等也都是因为井下电气产生的电火花所导致的。因此采取有效的措施避免电火花的产生，是防止此类事故再次发生的重要环节。在本文中我们所讨论的电火花主要是指由于煤矿井下空间狭窄，顶板片帮、放炮、空气潮湿以及一些人为因素的影响，常使电气设备和电缆绝缘损坏而导致电气线路、电气设备运行时发生短路、过载、接触不良、漏电等故障而产生的火花。一电火花引起瓦斯爆炸的原因分析电火花引爆矿井瓦斯原因分析及防治措施探讨（二）矿井爆炸的物质基础-瓦斯聚集到一定的浓度，在井下空气的助燃下，遇到电火花此类火源，且达到瓦斯最小引燃能量就会发生爆炸。通过实验表明，甲烷的最小引爆电流大约为120mA2。因此，很小的电气故障都有可能引爆瓦斯。例如若井下供电系统中某处的绝缘受到破坏，出现漏电，由于其对电网的平衡影响很小，使人很难发现其隐患的存在，当漏电电流超过50mA时，可能引起电雷管的超前起爆而导致人员伤亡；当漏电电流超过120mA，在漏电处的瓦斯浓度在5%-16%时即能引起瓦斯爆炸3。当漏电故障不能及时发现和排除时，就可能扩大为相间短路事故。短路使网络中的总阻抗减小，电流剧增，其值可达几千安培、甚至上万安培，因而产生的很大的机械应力能使电气设备遭到破坏，如果短路电流不能及时切除，可使电缆着火，引起井下火灾和瓦斯爆炸事故的发生。因此，对安全火花电路和电缆保护各国都进行了大量的研究工作。采取防爆措施对强电设备进行保护，对于设备易产生火花、电弧或赤热表面的部件应安装在具有隔爆性能的防爆外壳中，即使壳内发火，其高温火源也无法引起壳外瓦斯爆炸。对弱电设施一般采用小电流、低电压的本质安全原理，以限制火花的能量，使之不能点燃瓦斯4。我国在煤矿安全规程中也对煤矿井下电气安全也做出了的基本要求。但是由于技术和管理两方面的原因使这最基本的要求也无法满足，从而导致瓦斯爆炸事故的发生。1技术上的欠缺首先，矿用高、低压电缆是矿井生产的重要材料之一，使用数量大，遍及井下各主要巷道，且极易受到碰撞、挤砸、受潮而发生单相接地或相间短路，引发电气火花，是供电系统中最薄弱的环节。国内外设计的矿用高压橡胶软电缆(带有屏蔽层)形式虽多，但其原理是一致的，所采取的安全措施不外乎是选择优良材质以满足绝缘，提高电缆的柔弱程度的要求和采取可靠的分相屏蔽保护措施4。其次，为了适应煤矿井下不同的环境要求，矿用防爆型电气被要求使用在煤矿低瓦斯、高瓦斯和有煤尘与瓦斯突出、喷出的区域，为了避免因电器开关工作时产生的电火花引燃、引爆瓦斯，井下普遍使用矿用隔爆真空电磁起动器来控制井下电气设备。但是我国现使用的起动器，开关隔爆腔有机械闭锁装置，不切断电源，就不能打开；然而，在接线腔内没有机械闭锁装置，只有一个提示牌，在带电条件下也能够开启接线腔，使得个别作业人员能够带电违章或误操作开启接线腔而产生电火花引爆瓦斯。再次，煤矿井下目前所普遍采用的漏电保护装置，大都是以人身极限安全电流30 mA为其设计整定原则计算出漏电装置的动作电阻值，使其安全水平较低，即只能保证触电者不致死亡，但由于断电时间长，不能有效的防止漏电火花引燃矿井瓦斯。最后，几乎所有的煤矿都按要求装设了矿井安全监测监控系统，实现了矿井风电瓦斯闭锁和其它需要联合闭锁的功能，实时地将各种矿井环境参数处理后上传到地面监测监控中心。这对矿井的安全生产管理和参数分析提供了第一手资料。但是目前大部分矿井安全监测监控系统或多或少都有了供电系统的部分参数监测，但对供电管理安全可靠性方而都考虑不全，不能随时监测矿井电网的各项电气运行参数，不能及时根据井下监测系统监测到的条件（瓦斯浓度、风速、温度等），发现事故征兆，及时做出动作以保证井下安全生产5。2管理上的薄弱环节我国大多数煤矿企业为了获取高额的利润而无限制的降低在安全上的投入，特别是国有大中型煤矿，由于没有足额的安全投入使得矿井中原有安全设施严重老化，不少设备超期服役。不但新设备无法补充，原有设备的维护也被忽略。特别是对于大多数老矿来说，由于生产的需要，采掘工作面的电气设备随采掘设备的更新不断更新。但在采区变电所、中央变电所等处，大部分电气设备无法满足煤矿安全规程的相关要求，忽略了其必要的更新换代这个关键环节。使变压器、开关柜、开关场等设备操作结构严重磨损变形而极易发生供电系统短路、漏电等产生电火花，供电可靠性也根本达不到保证矿井持续通风的要求，使瓦斯积聚而造成爆炸。由于资金因素的影响，许多煤矿在井下大量使用非阻燃电缆，且使用年限过长，使得绝缘老化、漏油严重；还有的电缆电缆接头多、运输和悬挂时不按照规定敷设，经常出现明线头、“鸡爪子”和接线虚而引起漏电和短路故障而引起电火花现象，严重的影响了安全生产。另外，矿井电气作业不遵守安全操作规程，如煤矿在未做好相关安全措施情况下，擅自停、送电，或明电下井，电工带电安装电气设备、或井下作业工人擅自打开矿灯灯罩、不安全使用照明灯具等，均会产生电气火花引发瓦斯爆炸事故。二电火花引起瓦斯爆炸的解决方法煤矿井下电气事故有多方面的原因，除极少数是无法预料的，而大多数电气事故是可以通过技术的改进及严格的管理而避免的。1从技术上针对问题的解决途径（1)提高过流保护的快速性、灵敏性、选择性和可靠性。为了保证发生短路故障时保护装置可靠动作，可根据系统的运行情况人为增大短路电流，使起动电流和短路电流明显区别开来。因此在条件允许的情况下，应尽量选用容量较大的变压器和大截面的供电电缆来相应提高短路电流值，但是有其不可避免的缺点是增大了设备的投资。为了满足过流保护的选择性和可靠性，针对越级跳闸的问题，在供电线路中串加电抗器的办法来解决1。根据系统及负载状况进行整定计算并选择合适的电抗器，限定合理范围的短路的瞬间电流的值及变化率。从而使电流值上升到上一级速断保护动作前，低一级速断跳闸，以减小停电影响范围进而防止瓦斯积聚。(2)在井下低压馈电线上，应该尽可能的缩短从供电系统发生漏电的瞬时至电网保护动作的断电时间，一般保护装置与馈电开关联动时间应小于以下值：1140V时为0.2s；660V时为0.25s；380V时为0.4s；127V时为1s.并且增大漏电电流有效值，以便在形成外露电火花之前及时切除故障电网，保证触电者可自由摆脱且漏电电流无法达到瓦斯的爆炸电流极限而引起周围瓦斯爆炸。在实际应用中，电网系统总的绝缘电阻值规定为: 在1140V时,不低于80k；660V时,不低于50k；380V时，不低于30k；127V时，不低于15k3。当低压电网绝缘阻值下降到危险值时，漏电保护装置应动作，切断电源。该绝缘阻值即为漏电保护装置的动作值。当不考虑电网对地分布电容时，动作绝缘电阻值可由下式求出，即 式中Rd-电网对地绝缘阻值，即漏电保护装置的动作值（）；Ir-人身极限安全电流，0.03A；U-电网相电压,380V时为220V,660V时为380V,1140V时为660V；Rr-人身电阻值（定值），1000。根据计算，不同电压等级的供电网，其漏电保护装置的规定值可用下表来表述：表1 漏电保护装置的规定值电网电压（V）动作电阻计算值（k）规定动作值（k）1140212066011.6113806.353.51271.441.5再根据以上的数值选择适合的检漏保护装置或有选择性的漏电保护装置保证自动切断漏电的馈电线路并对电缆的绝缘状态进行监控。（3)切实采取安全监控的方法保证井下电网的安全运行。电火花引爆矿井瓦斯原因分析及防治措施探讨（四）煤矿电网的重要组成部分-电缆的绝缘监测是电网安全的重要保护。如果在绝缘下降到超出运行标准允许值或者发展为接地事故以前发出报警信号，现场人员就能够有效的处理其危险隐患，避免了电弧、电火花等危险情况的发生及瓦斯爆炸。此外，电网发生突发性的单相接地或者监测器虽然已经发出绝缘隐患报警信号但尚未及时处理而发展为接地事故的时候，确保接地保护装置能够在0.2s内迅速准确的切除单相接地故障。62从管理上针对问题的解决途径在瓦斯的预测、检测和防范措施上，也还有待科学技术的突破。据专家介绍，在现有条件下，只要对安全规程操作执行到位，就可以在最大程度上遏制煤矿瓦斯事故的发生5。因此我们更有必要在监督和管理上加大力度。（1）在资金许可的条件下，改造或更新带病运行或超期服役的电气设备以及不能可靠动作的各类安全保护装置。合理配备必要的检测仪器、仪表，检修、维修工具和备件，以确保电气设备的正常运行。加强井下电气设备的管理和维修，定期对电气设备进行检查和试验，对性能指标达不到要求的及时更换。完善井下电气设备的各类安全保护装置，防止误动作或不动作。（2）对广大干部职工加强井下电气设备安全和保护重要性的认识，摆脱重生产轻安全的错误思想教育，使他们在不同程度上了解电气的正确使用方法及各种保护措施。杜绝在工作中为赶产量、赶进度，甩掉保护装置的现象。（3）安排专人对井下电气设备、防爆设备、三大保护装置、局扇风电闭锁、电缆、安全保护设施等实行分区定人检查制，及时发现问题，及时解决问题，把重大事故隐患消灭在萌芽状态。对所检查出的不合格的设备及存在的安全隐患及时通知所辖单位限期处理，逾期不处理者按照矿有关规定进行严厉处罚。参考文献1靳芝,吴斌,曹国慧. 煤矿瓦斯爆炸事故的电气诱因与对策B. 电气防爆2005.12王树玉, 李炳阳. 煤矿电工安全知识读本. 北京: 煤炭工业出版社.2005.43隆泗. 煤矿机电技术与安全管理. 成都:西南交通大学出版社.2003