煤矿井下电气设备防爆安全技术

电气设备如果在井下出现失爆，将极有可能点燃瓦斯和煤尘，严重威胁井下工作人员的安全，甚至矿井的安全。因此，必须加强矿井电气设备防爆管理，杜绝井下电气设备出现失爆现象，以确保矿井供电安全。

一、   井下防爆电气设备基础知识及相关标准

1、       防爆电气设备标准

防爆电气设备是指按国家标准设计、制造、使用，不会引起周围爆炸性混合物爆炸的电气设备。根据防爆技术的不同，将防爆电气设备分为隔爆型（d）、增安型（e）、本质安全型（i）、正压型（p）、充油型（o）、充沙型（q）、无火花型（n）、浇封型（m）、气密型（h）、特殊型（s），并对其防爆技术及实验方法进行了规定。国家标准主要包括以下几方面。

（1）电气设备的允许最高表面温度，表面可能堆积粉尘时为150℃，采取防尘堆积措施时为450℃，防爆电气设备的使用环境为－20～40℃。

    （2）电气设备与电缆的连接应采用防爆电缆接线盒，电缆的引入引出必须用密封的电缆引入装置，并应具有防松动、防拔脱措施。

（3）对不同的额定电压和绝缘材料，电气间隙和爬电距离都符合相应的国家标准要求。

（4）具有电气或机械闭锁装置，有可靠的接地及防止螺栓松动的装置。

（5）防爆电气设备如果采用塑料外壳，须用不燃性或难燃性材料制成，并保证塑料表面的电阻大于1×109，以防积聚静电，还必须承受冲击试验和热稳定试验。

（6）防爆电气设备限制使用铝合金外壳，防止其与铁锈摩擦产生大量热能，避免形成危险温度。

（7）防爆电气设备必须经国家认定的防爆试验单位鉴定。

2、防爆电气设备的防爆原理

（1）隔爆型电气设备的防爆原理：将正常工作或事故状态下可能产生火花的部分放在一个或几个外壳中，这种外壳除了将其内部的火花、电弧与周围环境中的爆炸性气体隔开外，还应当使进入壳内的爆炸性气体混合物被壳内的火花、电弧引爆时外壳不被炸坏，也不致使爆炸物通过连接缝隙引爆周围环境中的爆炸性气体混合物。

（2）增安型电气设备的防爆原理：设备在正常运行条件下不会产生电弧、火花和危险温度。

（3）本质安全型电气设备的防爆原理：通过限制电路的电气参数（主要指在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路）限制放电能量实现电气防爆。

（4）正压型电气设备的防爆原理：将电气设备置于外壳内，壳内充入保护性气体，并使壳内的保护性气体压力高于周围爆炸性环境的压力，以阻止外部爆炸性混合物进入壳内实现电气设备的防爆。

（5）充油型电气设备的防爆原理：将全部或部分部件浸在油内，使设备在故障状态下产生的电弧、火花不能点燃油面以上的或壳外的爆炸性混合物。

（6）充砂型电气设备的防爆原理：在电气设备的外壳内填充石英砂，将设备的导电部件或带电部分埋在石英砂防爆材料之下，使之在规定的条件下，在壳内产生的电弧、传播的火焰、外壳壁或石英砂材料表面的温度都不能点燃周围爆炸性混合物。

（7）无火花型电气设备的防爆原理：设备在正常运行条件下，不会产生有点燃作用的故障出现。

（8）浇封型电气设备的防爆原理：将电气设备有可能产生点燃爆炸性混合物的电弧、火花或能产生高温的部件浇封在浇封剂中，避免这些电气部件与爆炸性混合物接触，从而使电气设备在正常运行或在认可的故障和过载情况下均不能点燃周围的爆炸性混合物。

（9）气密型电气设备的防爆原理：电气设备或电气部件置于气密的外壳内，这种外壳能防止可燃性气体进入壳内。

（10）特殊型电气设备的防爆原理：不同于现有防爆设备的防爆原理，但经国家认可的检验机构确实具有防爆性能。

3.防爆电气设备的标志

为了从防爆电气设备的外观上能明显地了解它的类型，把防爆电气设备的标志、型式、类别、级别、组别按一定顺序排列起来。

（1）标志：防爆电气设备的总标志为Ex，安全标志为MA。

（2）型式：即各种类型的防爆电气设备的标志，如d表示隔爆型电气设备。

（3）类别：按使用环境的不同，将防爆电气设备分为Ⅰ类、Ⅱ类。Ⅰ类专门适用于煤矿井下，Ⅱ类用于地面工厂具有非甲烷外的混合物爆炸环境中。

（4）级别：主要针对隔爆型和本质安全型电气设备，分为ⅡA、ⅡB、ⅡC3级。

（5）组别：针对Ⅱ类电气设备，按照运行时允许的最高表面温度分为T1～T6共6组。

4.防护等级

防护等级指电气设备具有的防外物、防水的能力。防外物是指防止外部固体进入设备内部和防止人体触及设备内部带电或运动部件的性能。防水是指防止外部水分进入设备内部，对设备本身产生有害影响的防护能力。国家标准规定防护等级（IP××中，第一个“×”表示防外物的能力，第二个“×”表示防水能力）中防外物分为7级（0～6），防水分为9级（0～8）.数字越大等级越高，要求越严格。

（二）失爆现象

失爆是指电气设备失去了耐爆型和隔爆性。常见的失爆现象有以下几种。

1.连接螺栓的失爆现象

（1）缺螺栓、弹簧垫圈或螺母，螺栓或螺孔滑扣，螺栓折断在螺孔中。

（2）弹簧垫圈未压平或螺栓松动，弹簧垫圈断裂或无弹性（偶尔出现弹簧垫圈断裂或失去弹性时，检查该处防爆间隙，若不超限，更换合格弹簧垫圈后不为失爆）。

（3）使用塑料或轻合金材料自制的螺栓或螺母。

（4）护圈式或沉孔式紧固件紧固后，螺栓头或螺母的上平面超过护圈或沉孔。

（5）螺孔与螺栓不匹配的。

（6）弹簧垫圈的规格与螺栓不相适应的。

（7）设备同一部位螺栓、螺母等规格应一致。钢紧固螺栓伸入螺孔长度应不小于螺栓直径尺寸，铸铁、铜、铝件不小于螺栓直径的1.5倍；如果螺孔深度不够，则必须上满丝，否则为失爆。

（8）通孔螺栓未外露3~5丝（包括带螺帽）。

（9）压线板可以不加弹簧垫圈，但两端不一致的。

2.电缆引入引出装置的失爆现象

（1）密封圈老化、失去弹性、变质、变形，有效尺寸配合间隙达不到要求，起不到密封作用。

（2）密封圈外径与进线装置内径差超过表1规定的。密封圈宽度应大于电缆外径的0.7倍，但不得小于10mm；厚度应大于电缆外径的0.3倍，但不得小于4mm。

表1  密封圈外径与进线装置内径间隙

密封圈外径/mm

外径与进线装置内径间隙/mm

                ≤20

         ≤1.0

               20~60

         ≤1.5

               ＞60

         ≤ 2.0

  （3）密封圈内径与引出入电缆外径大于1mm以上。

  （4）密封圈的单孔内穿进多根电缆。

  （5）密封圈割开套在电缆上。

  （6）密封圈刀削后凸凹不整齐圆滑，锯齿差大于2mm以上。

  （7）密封圈没有完全套在电缆护套上。

  （8）线嘴压紧没有余量（螺旋式进线嘴压紧后应外露1~3丝，倒角、车削槽间距不算；压盘式进线嘴压紧后应外露3~5mm）。

  （9）线嘴内缘压不紧密封圈，或密封圈端面与器壁接触不严，或密封圈能活动。

  （10）电缆压线板未压紧电缆，压扁量超过电缆直径的10%者，用单手搬动喇叭嘴时上下左右晃动。

  （11）在引入引出装置外端能轻易来回抽动电缆。

  （12）密封圈与电缆护套之间有其他包扎物。

  （13）空闲进线嘴缺挡板或挡板直径比进线嘴内径小2mm以上，挡板厚度小于2mm。

  （14）挡板放在密封圈里面或线嘴的金属垫圈放在挡板与密封圈之间。

  （15）进线装置破损不齐全。

  （16）大小密封圈套用的。

  （17）一个进线嘴用多个密封圈的。

  （18）线嘴与密封圈之间没有加装金属垫圈。

  （19）密封圈装反（可切削端头朝外）。

  3.插接装置的失爆现象

  （1）煤电钻插销的电源侧应接插座，负荷侧应接插销，如反接即为失爆。

  （2）电源电压低于1140V，插接装置缺少防止突然拔脱的联动装置。

  （3）电源电压高于1140V，插接装置上没有电气连锁装置。

  （4）插销在触头断开的瞬间，外壳隔爆接触面的最小有效长度L和最大直径差W不符合表2的规定。

       2 外壳隔爆接触面的最小有效长度L和最大直径差W

外壳净容积/L

L/mm

W/mm

      ≤ 0.5

      15

       0.5

       ＞0.5

      25

       0.6

  4.外壳、腔内的失爆现象

  （1）使用未经国家法定的经验单位发证生产的防爆部件。

  （2）隔爆外壳有裂纹、开焊，严重变形长度超过50mm，凹坑深度超过5mm。

  （3）隔爆腔内、外有锈皮脱落。

  （4）闭锁装置不符合规定，闭锁装置不齐全、变形损坏起不到机械闭锁作用。

  （5）电气闭锁不起作用。

  （6）外壳透明件（观察窗）破裂、有凹坑，使用非抗机械、热、化学腐蚀的玻璃件。

  （7）腔内随意增加安装电气零部件，造成空腔容积变化。

  （8）接线柱、绝缘座管烧坏，使两个空腔连通。

  （9）腔内壁未均匀地涂耐弧漆，而使用涂调和漆、磁漆。

  5.防爆面的失爆现象

  防爆接合面应保持光洁、完整，须有防锈措施，如电镀、磷化、涂防锈油等，各结构参数符合出厂规定。有下列情况之一的即为失爆：

  （1）螺纹的最小拧入深度和最少啮合扣数不符合表3的规定。

      表3  螺纹的最小拧入深度和最少啮合扣数

 外壳净容积/L

 最小拧入深度/mm

  最小啮合扣数

      ≤ 0.1

       5.0

 

        6

     0.1~2.0

       9.0

        ＞2.0

      12.5

  （2）隔爆面上，在规定长度及螺孔边缘至隔爆面边缘的最短有效长度范围内，如发现下列缺陷者为失爆：

  ①对局部出现的直径不大于1mm、深度不大于2mm的砂眼，在40mm、25mm、15mm的隔爆面上，每平方厘米不得超过5个，10mm的隔爆面超过2个。

  ②偶然产生的机械伤痕，其宽度与深度大于0.5mm，其剩余无伤隔爆面有效长度小于规定长度的2/3（无伤隔爆面有效长度可以几段相加）。

  （3）隔爆面上不准涂油漆，无意造成油漆痕迹，当场擦掉不为失爆。

  （4）隔爆面有锈迹，用棉纱擦后，仍留有锈蚀斑痕者为锈蚀，而只留云影，不算失爆。

  （5）用螺栓固定的隔爆面，参见连接螺栓的失爆现象。

  （6）隔爆接合面在设备不带电情况下用手打不开。

  （7）隔爆接合面使用密封圈，检修后未安装密封圈，密封圈破损、断裂或外露。

  （8）隔爆接合面法兰厚度小于原设计的85%。

  6.接地装置的失爆现象

  接地的目的是防止电气设备外壳带电而危及人身和矿井安全。当电气设备绝缘损坏时，正常情况下不带电的金属外壳等将带电，会造成人身触电或对地放电产生电弧而引起瓦斯爆炸。凡出现下列现象的与电气设备失爆同等对待：

  ①电压在36V以上的电气设备未装设保护接地装置。

  ②多台电气设备串联接地。

  ③未用符合要求的钢管（钢板）制作的接地极。

  ④接地连线、接地阻值不符合《煤矿安全规程》要求。

  （5）外接地螺栓规格不符合下列规定的：

  ①功率大于10KW的电气设备，螺栓公称直径不小于M12。

  ②功率在5~10KW之间的电气设备，螺栓公称直径不小于M10。

  ③功率在0.25~5KW之间的电气设备，螺栓公称直径不小于M8。

④功率不大于250W且电流不大于5A的电气设备，螺栓公称直径不小于M6。

（6）内接地螺栓不符合下列规定的：

  ①导线芯线截面不大于35mm2时，内接地螺栓直径应与芯线接线螺栓直径相同。

  ②导线芯线截面大于35mm2时，内接地螺栓直径应不小于芯线接线螺栓直径的一半，但至少应等于连接35mm2芯线接线螺栓直径。

  （7）在设备标示的接地位置外加装螺栓接地的，或多处接地点但只接地一处。

  （8）接地装置部件不齐全。

  （9）接地极安装不牢固（但放置在水沟内的不受此限）、放置在水沟内的未被水淹没。

  （10）使用电动机底座连接螺栓作为接地装置连接点。

  7.接线的失爆现象

  电缆不合格接头：“鸡爪子”“羊尾巴”、明接头和电缆破口均称为不合格接头，它是电气安全隐患点，与电气失爆同等对待。

  （1）“鸡爪子”：

  ①橡套电缆的连接不采用硫化热补或同等效能的冷补

  ②电缆（包括通信、照明、信号、控制电缆）不采用接线盒的接头。

  ③高压铠装电缆的连接不采用接线盒或不灌注绝缘充填物，或绝缘充填物没有灌到三岔口以上，或绝缘胶有裂纹，或充填物不严密漏出芯线的接头。

  （2）“羊尾巴”。电缆的末端未接装防爆电气设备或防爆元件，电气设备进线嘴（包括五小电器元件）2m内有不合格接头或明线破口。

  （3）明接头。电气设备与电缆有裸露的导体或未经审批且安全措施不到位、条件不允许而进行明火操作的接头。

  （4）电缆破口：

  ①橡套电缆的护套破损、露出芯线或露出屏蔽线网。

  ②橡套电缆护套破损伤痕深度达到电缆护套厚度1 /2以上，长度达20mm，或沿围长达1/3以上。

  （5）电缆护套伸入器壁长度小于5mm，大于15mm。

  （6）隔爆开关接线腔由电源侧进出线或负荷侧接线或负荷侧进出线至电源侧接线，控制用小喇叭引出动力线的均属于失爆。

  8.照明灯具的失爆现象

  （1）防爆安全型灯具把卡口改为螺口，不能提前断电。

  （2）隔爆型灯具装设的电气连锁装置失灵。

  9.电气设备的失爆现象

  井下使用非防爆电气设备，或电气设备超过其额定容量（包括允许超载能力）运行；采用非阻燃性材料（如彩条布等）制作遮拦等防护设备（配件）。

  10.井口房和通风机房20m内，使用火炉取暖或有烟火的，按失爆对待。

  （三）失爆的原因、危害、防治

  1.原因

  （1）设备安装不规范，安装过程中未对防爆点进行详细检查，未按规程和相关制度、规范安装。

  （2）维护和定期检修不妥，防护层的脱落往往使隔爆面上出现砂泥灰尘，用螺钉紧固的平面对口接合面出现凹坑，使隔爆面间隙增大。

  （3）移动或搬运不当而发生磕碰，使外壳变形或产生严重机械伤痕。

（4）装配时由于杂质没有及时清除，产生严重的机械伤痕。

  （5）隔爆面上产生锈蚀现象，增大粗糙度。

  （6）螺孔深度过浅或螺栓过长，而不能很好地紧固零件。

  （7）未按规程要求制作、安装接地装置。

  （8）在隔爆外壳内随意增加元器件，使电气距离和爬电距离小于规定值，造成故障时电弧经外壳接地短路。

  2.危害

  设备一旦出现失爆现象，在运行过程中内部产生故障引发爆炸，将炸坏外壳而引爆壳外爆炸性气体，或者从各部缝隙中喷出的高温气体或火焰引起壳外的爆炸性气体爆炸，这对煤矿井下是极其危险和不利的。

  3.防治

  为了确保矿用电气设备的完好，杜绝失爆的发生，必须坚持管理、装备、培训并重的原则，在对设备的使用、维护、检修中要严格按照《煤矿安全规程》执行。具体可从以下几点入手：

  （1）使用合格的防爆电气设备，禁止非防爆电气设备入井。

  （2）严格按照《煤矿安全规程》和有关要求安装，杜绝安装时出现失爆。

  （3）检修时做到轻拿轻放，防止产生机械划痕。

  （4）加强防爆电气设备的管理，做好检查督促工作。