＊楊雁峰

（山西沁新新達(dá)煤業(yè)有限公司 山西 046500）

前言

煤礦井下防爆電氣設(shè)備及其相關(guān)防爆技術(shù)應(yīng)用，能夠在一定程度上規(guī)避井下電器設(shè)備爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，可以有效提高井下作業(yè)的安全系數(shù)。本文重點(diǎn)討論了井下防爆電器設(shè)備的價(jià)值、特征及各類電器設(shè)備防爆技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，以期為煤礦井下防爆管理提供技術(shù)支持。

1.煤礦井下防爆電氣設(shè)備的應(yīng)用價(jià)值

防爆電氣設(shè)備是一種可以預(yù)防或阻止電氣設(shè)備爆炸的設(shè)備，是煤礦井下安全生產(chǎn)時(shí)的必要設(shè)備。煤礦井下作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)極高，很容易發(fā)生各類安全事故。2020 年2 月，山東華恒礦業(yè)的安全事故造成了兩人死亡，這類案例不勝枚舉。而爆炸正是井下發(fā)生頻率最高的安全事故之一，這與井下的作業(yè)環(huán)境息息相關(guān)。煤礦井下作業(yè)區(qū)域陰暗、潮濕，較為封閉，且空氣中充滿了可燃性氣體及爆炸性氣體。井下作業(yè)又多依賴各種電氣設(shè)備，這些設(shè)備在運(yùn)行期間會(huì)產(chǎn)生一定熱量，且設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，便可能產(chǎn)生電火花或電弧，極易導(dǎo)致設(shè)備自燃或自爆。這類熱浪或火苗傳到外部環(huán)境中，便可能會(huì)點(diǎn)燃空氣中的可燃性氣體和爆炸性氣體，繼而引發(fā)煤礦爆炸，爆炸事故過于嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)引起礦井坍塌，不僅會(huì)導(dǎo)致煤礦企業(yè)面臨嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)給礦井內(nèi)部工作人員的人身安全造成嚴(yán)重威脅。因此，通過防爆電氣設(shè)備保障其他電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，避免因電氣設(shè)備運(yùn)行過熱或故障生成的電火花而引起爆炸是極有必要的。

2.煤礦井下防爆電氣設(shè)備的基本需求

(1)抗潮性能過關(guān)

井下防爆電氣設(shè)備需長(zhǎng)時(shí)間處于惡劣環(huán)境中運(yùn)行，這是由于煤礦井下受地下水影響，空氣濕度及土壤含水量相對(duì)較大，防爆電氣設(shè)備的外殼會(huì)直接與空氣和濕潤(rùn)土壤接觸，金屬外殼發(fā)生銹蝕后，便可能會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行性能。因此，井下防爆電氣設(shè)備必須具備一定的抗潮性能。除此以外，井下環(huán)境相對(duì)潮濕，這也是使用電氣絕緣的根本原因之一，還有部分井下的煤礦溫度較高，綜合考慮，為了避免電氣設(shè)備在運(yùn)行期間發(fā)生故障或引發(fā)安全事故[1]，所有電氣設(shè)備在正式下井作業(yè)前，必須要通過濕熱試驗(yàn)，對(duì)電氣設(shè)備的綜合性能進(jìn)行系統(tǒng)查驗(yàn)，確認(rèn)設(shè)備可滿足井下作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)后，方可正式投入使用。

(2)有堅(jiān)固的外殼

井下作業(yè)的各項(xiàng)設(shè)備必須要有堅(jiān)硬的外殼。礦井下作業(yè)除了火災(zāi)、爆炸等風(fēng)險(xiǎn)外，也常發(fā)生煤或巖石脫落等情況，這類自由掉落的高質(zhì)量物體，經(jīng)自由落體運(yùn)動(dòng)掉落在設(shè)備表面時(shí)，極有可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備受損，引發(fā)運(yùn)行故障。一個(gè)堅(jiān)固的外殼能抵御一定質(zhì)量的落物沖擊，是井下防爆電氣設(shè)備的必需品。

(3)輕便、易于移動(dòng)

在井下作業(yè)時(shí)，電氣設(shè)備需要跟隨實(shí)際開采進(jìn)度一同向前移動(dòng)。因此，防爆電氣設(shè)備還應(yīng)具備小巧、輕便、易于移動(dòng)的特征，方便工作人員搬運(yùn)。而相對(duì)小巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的設(shè)備也更易于檢修維護(hù)和保養(yǎng)。

(4)可應(yīng)對(duì)內(nèi)、外部爆炸

防爆類電氣設(shè)備的核心功能，便是可以承受混合爆炸造成的傷害，且其內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生爆炸，這也是防爆電氣設(shè)備的主要特征之一[2]。這也需要防爆電氣設(shè)備的外殼足夠結(jié)實(shí)。大多防爆電氣設(shè)備由鋁合金、鋼板、鑄鋼等具有一定堅(jiān)固性的材料制作而成，這類材料可以同時(shí)承受1.5 倍左右的壓力，不僅可以隔離爆炸線，還能夠直接接線。

3.在煤礦井下作業(yè)中電氣設(shè)備防爆技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

(1)冷磷化工藝技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

在隔爆面上應(yīng)用冷磷化技術(shù)，需要使用磷酸鹽溶液，將其滴在初步處理后的隔爆面上，使金屬表面產(chǎn)生磷化反應(yīng)，在電氣設(shè)備外側(cè)形成一層較厚的磷化薄膜表層。通過冷磷化工藝技術(shù)處理過的金屬表面，具備較強(qiáng)的隔爆面防腐蝕性能，能夠進(jìn)一步提高電氣設(shè)備的防爆性能及其運(yùn)行穩(wěn)定性。該技術(shù)的具體應(yīng)用步驟如下。

①清理設(shè)備金屬表面，隔爆層表面的油污或銹蝕可能會(huì)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行性能造成一定的影響，工作人員需要采取對(duì)應(yīng)的處理措施，去除此類污漬和雜物，直至能夠看到金屬自身光澤后，方可正式涂抹磷化膏。

②在處理過的金屬表層均勻涂抹磷化膏，厚度需控制在2～3 mm。

③涂抹磷化膏后，應(yīng)觀察表面膏體中的氣泡，采取技術(shù)手段消除氣泡或等待氣泡全面散去，確保整個(gè)隔爆面光滑、平整。

④若處于20 ℃以下的環(huán)境中，需等待3 h 左右。磷化后，可以將表面的磷化膏刮掉，隨后使用紗布清洗隔爆面。在清理干凈后的表面再涂抹一層防銹油，避免具有腐蝕性的氣體或液體腐蝕設(shè)備外殼滲入設(shè)備內(nèi)部，導(dǎo)致設(shè)備故障[3]。

在使用冷磷化工藝技術(shù)處理防爆電氣設(shè)備表面時(shí)，使用的磷化膏大多有著較強(qiáng)的腐蝕性能，因此在實(shí)際操作時(shí)，相關(guān)工作人員務(wù)必要小心、謹(jǐn)慎，做好勞保措施、穿戴好防護(hù)裝備，避免涂抹磷化膏時(shí)，膏體噴濺到皮膚表層導(dǎo)致受傷。另外，加強(qiáng)對(duì)冷磷化工藝技術(shù)應(yīng)用的操作管理，確保整個(gè)操作合理可行、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，盡可能減少因操作失誤造成的設(shè)備報(bào)廢或成本損耗。通常情況下，待工作人員按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范完成冷磷化處理后，防爆電氣設(shè)備的機(jī)械運(yùn)行性能及其表層的化學(xué)穩(wěn)定性將會(huì)獲得大幅度提升，而生成的磷化薄膜也具備相應(yīng)的黏附性，可以與后續(xù)涂抹的防銹油緊密貼合，能夠進(jìn)一步提高防爆層的防腐蝕、防銹蝕性能，可以起到保護(hù)設(shè)備的作用。

(2)熱管技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

熱管主要用于傳熱和散熱。工作人員可以在隔爆機(jī)中應(yīng)用熱管技術(shù)，以此有效改善設(shè)備的散熱及傳熱性能，進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，還能夠確保電氣設(shè)備在處于爆炸性氣體環(huán)境中依然可以自動(dòng)化運(yùn)行。熱管技術(shù)的應(yīng)用原理是通過相應(yīng)介質(zhì)吸收或釋放汽化潛熱，以此達(dá)到合理傳遞熱量、穩(wěn)定散熱的目的。熱管的熱阻值極小，熱管技術(shù)是一種極其特殊的傳熱方式，能夠最大限度發(fā)揮出其傳熱性能，提高散熱及傳熱效率[4]。通常情況下，在隔爆型熱管散熱器的應(yīng)用期間，熱管的主要工作便是傳輸熱量。而設(shè)備及各元器件在運(yùn)行期間產(chǎn)生的熱量，大多會(huì)通過熱管與基板共同傳導(dǎo)。熱管與基板的另一端連接在冷凝段上，在常規(guī)運(yùn)行時(shí)，元器件運(yùn)行期間生成的熱量，將通過對(duì)流形式或輻射形式傳輸至工作環(huán)境中，熱管中的工作介質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài)后，將蒸汽凝結(jié)成液體，再通過熱管內(nèi)部的芯毛細(xì)結(jié)構(gòu)回流至熱管的蒸發(fā)段，便能實(shí)現(xiàn)散熱傳熱，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的，避免設(shè)備運(yùn)行過熱引起的爆炸事故。熱管散熱器和整個(gè)防爆電氣設(shè)備的電箱，會(huì)形成一個(gè)幾乎沒有缺陷的整體式防爆殼結(jié)構(gòu)，既可以妥善處理爆炸性氣體環(huán)境中多個(gè)電氣設(shè)備運(yùn)行而散熱不良引起的散熱風(fēng)險(xiǎn)，還可以解決電氣設(shè)備運(yùn)行期間的防爆問題，以此確保井下各個(gè)電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，也能夠進(jìn)一步提高各類機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行水平，使防爆電氣設(shè)備滿足井下現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的實(shí)際需求。

(3)電氣設(shè)備智能化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

井下作業(yè)環(huán)境惡劣。許多礦井使用的防爆型電器設(shè)備在研發(fā)、創(chuàng)新方面都受到了不同程度的制約，也在一定程度上影響了自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)的發(fā)展。在各類新材料、新技術(shù)、新理念持續(xù)更新的背景下，這類限制使得我國(guó)煤礦行業(yè)的發(fā)展面臨尷尬的局面。而近些年，部分防爆電氣設(shè)備廠家突破了重重環(huán)境限制，設(shè)計(jì)出了組合式、模塊化、小型化的人工智能化防爆電氣設(shè)備，其保護(hù)功能更加完善、性能更加可靠，操作及控制方式相對(duì)多元，可以隨意組合、搭配，能夠滿足井下作業(yè)自動(dòng)化集中控制的需求，還具備故障自檢功能，為我國(guó)井下防爆領(lǐng)域的發(fā)展譜寫了一頁(yè)嶄新的篇章。利用大批量的自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)，能大大減少井下作業(yè)的人力成本，也能有效規(guī)避部分人工作業(yè)時(shí)難以避免的技術(shù)失誤或人為操作誤差。將自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)與人工智能化煤礦井下防爆電氣設(shè)備結(jié)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化智慧礦井的建設(shè)，能大幅度提升井下作業(yè)的安全系數(shù)。

人工智能化組合型防爆電氣設(shè)備中，采用了智能化傳感技術(shù)及微處理技術(shù)，可以通過數(shù)字通信系統(tǒng)，對(duì)電氣設(shè)備目前的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)在線監(jiān)管、診斷等。且人工智能化組合型防爆電氣設(shè)備具有功能一體化、模塊化、可視化特征，整個(gè)系統(tǒng)處于信息共享下，還具備就地診斷、遠(yuǎn)程診斷功能，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制及程序化操作。功能一體化，指所有的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、可視化設(shè)備及傳感器等功能一體化，而模塊化功能，可以使其具備隨意更換、調(diào)換的功能，其內(nèi)部搭載的可視化系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的可視化監(jiān)控以及組態(tài)畫面與設(shè)備外部視頻的可視化，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)設(shè)備運(yùn)行過程，了解各個(gè)元器件的實(shí)際工作情況，便于及時(shí)察覺危險(xiǎn)因素，并做出及時(shí)應(yīng)對(duì)，避免事故發(fā)生或事故擴(kuò)大?？偠灾斯ぶ悄芑M合型防爆電氣設(shè)備，可以通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，完成設(shè)備的故障處理，并提出相應(yīng)的故障建議，能夠最大限度地完成爆炸品事故的防范、預(yù)處理，使設(shè)備運(yùn)行達(dá)到最理想的狀態(tài)。

(4)隔爆外殼防爆技術(shù)

隔爆外殼具有較強(qiáng)的耐爆性和抑爆性，能有效遏制由設(shè)備自身高溫或設(shè)備電火花引起的爆炸事故。在防爆電氣設(shè)備外側(cè)使用隔爆外殼，可以將電氣運(yùn)行期間產(chǎn)生的電火花與外界自然環(huán)境隔離開來，以免電火花噴射至具有爆炸性氣體或可燃性氣體的環(huán)境中，導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸發(fā)生。

(5)安全電路防爆技術(shù)

在防爆電氣設(shè)備運(yùn)行過程中盡可能選用小電源、小電壓，提高電路自身的安全系數(shù)。如果電路中電流過大，則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整電路電阻，達(dá)到減小電流的目的，或加大整個(gè)電路中的能耗，削弱元件能量，將電路控制在安全范圍內(nèi)，以便在一定程度上排除爆炸隱患。同理，在設(shè)置防爆電氣設(shè)備的運(yùn)行電路時(shí)，也可以加設(shè)超前切斷電源系統(tǒng)，給整個(gè)電氣設(shè)備的電流通路加設(shè)一道安全防護(hù)措施。在某處電流值超出閾值時(shí)，便自動(dòng)跳閘、斷電。通常，超前切斷電源系統(tǒng)多用于電氣設(shè)備某處絕緣層損毀或發(fā)生機(jī)械損壞時(shí)，此時(shí)及時(shí)斷電，便可將設(shè)備運(yùn)行及電路造成的爆炸風(fēng)險(xiǎn)扼殺在搖籃中[5]。

(6)正壓外殼技術(shù)

防爆電氣設(shè)備也可以使用正壓外殼，通過其壓力平衡原理，達(dá)到防止設(shè)備自爆等目的。在系統(tǒng)內(nèi)部壓力高于周圍爆炸性壓力或強(qiáng)壓性壓力時(shí)，在壓力平衡后，正壓外殼便可以杜絕可燃性氣體進(jìn)入外殼內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)防爆。

(7)外殼充油技術(shù)

在井下作業(yè)時(shí)，在防爆電氣設(shè)備外殼內(nèi)充油，也可以在一定程度上避免設(shè)備爆炸。這類油的存在并不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備燃燒，反而可以隔絕內(nèi)部熱源和外界的可燃物，可以達(dá)到防爆目的。

(8)外部填砂技術(shù)

針對(duì)設(shè)備自爆的問題，可以通過在設(shè)備外部進(jìn)行填砂處理的方式解決，能有效避免設(shè)備自爆引起的周圍環(huán)境爆炸。在設(shè)備內(nèi)部爆炸或發(fā)生電火花時(shí)，在外殼覆蓋的沙土能夠隔絕設(shè)備內(nèi)部的熱量，降低了內(nèi)部熱量點(diǎn)燃外界可燃?xì)怏w的風(fēng)險(xiǎn)。

4.結(jié)束語(yǔ)

煤礦井下作業(yè)的安全防護(hù)尤為重要。各煤礦企業(yè)務(wù)必要加大對(duì)井下作業(yè)的安全管理，以免發(fā)生安全事故造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡事件。防爆電氣設(shè)備可以在一定程度上降低井下作業(yè)的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，繼而提高煤礦井下作業(yè)的安全系數(shù)。為此，煤礦企業(yè)務(wù)必要加強(qiáng)井下防爆管理力度，積極使用冷磷化工藝技術(shù)、熱管技術(shù)、智能化技術(shù)、隔爆外殼防爆技術(shù)、安全電路防爆技術(shù)、正壓外殼技術(shù)、外殼充油技術(shù)、外部填砂技術(shù)等各類先進(jìn)技術(shù)，與此同時(shí)，加大對(duì)新設(shè)備及新技術(shù)的研發(fā)力度，促進(jìn)我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。