煤矿井下防爆电气设备及其防爆技术的应用

煤矿井下防爆电气设备及其防爆技术的应用

李民

（山西华晋吉宁煤业有限责任公司  山西  042100）

摘要：随着科技的不断进步，我国煤矿行业得到了显著的发展。煤矿的开采活动通常在地底进行，然而地底作业伴随着较高的风险，容易发生事故，这不仅给企业带来经济损失，还可能造成人员的重大伤亡。在众多煤矿事故类型中，地底的爆炸事故尤为常见。因此，煤矿企业需要深入探讨和研究地底防爆电气设备的应用技术，彻底排查并消除地底作业区域的潜在爆炸风险，确保地底作业的安全与稳定，进而提高煤矿生产的整体安全性能。

关键词：煤矿开采；井下；防爆电气设备；应用技术

前言

在煤矿井下，运用防爆电气设备及其相关技术，能够有效减少由电气设备引发的爆炸风险，显著提高井下作业的安全性。本文重点分析了井下防爆电气设备的重要性、特点以及各类电气设备防爆技术的实际应用案例，目的是为煤矿井下的防爆管理提供技术支持。

1.煤矿井下防爆电气设备的应用价值

为预防或遏制由电气设备引发的爆炸而特别设计的防爆型电气设备，是保障煤矿井下安全的核心工具。在煤矿井下，作业风险极高，安全事故频发，尤其是爆炸事故，这与井下特定的作业环境密切相关。井下环境通常昏暗潮湿，空间封闭，且空气中充斥着易燃易爆气体。由于井下作业大量依赖电气设备，这些设备在运作时会产生热量，若设备发生故障，可能产生电火花或电弧，极易引发设备自燃或自爆。这些热浪或火苗一旦扩散至外部，就可能点燃空气中的易燃易爆气体，导致煤矿爆炸。在极端情况下，爆炸还可能引起矿井坍塌，不仅给煤矿企业带来巨大的经济损失，还严重威胁到矿井工作人员的生命安全。因此，利用防爆电气设备确保其他电气设备的稳定运行，防止因设备过热或故障产生的电火花引发爆炸，显得极为重要。

2.煤矿井下防爆电气设备的基本需求

（1）抗潮性能

煤矿井下环境恶劣，电气设备需长期运行。由于地下水的影响，空气湿度和土壤含水量较高，导致电气设备金属外壳易生锈，可能损害设备性能。因此，井下电气设备必须具备良好的抗潮能力。此外，井下潮湿环境是电气绝缘使用的主要原因，加之部分区域温度较高，为防止设备故障或安全事故，所有电气设备在投入井下作业前，必须经过湿热试验，全面检查其性能，确保满足作业要求后，才能正式使用[1]。

（2）坚固外壳

在矿井下作业环境中，所有设备均需配备具备高强度外层防护的结构。除了火灾和爆炸的潜在风险，煤块或岩石的坠落亦是频繁出现的问题。这些重物在自由落体运动过程中撞击设备，可能会对设备造成损害，引发运行故障。因此，对于井下防爆电气设备而言，一个能够抵御一定重量冲击的坚固外壳是至关重要的。

（3）轻便、易于移动

在矿井作业过程中，电气设备的移动性是至关重要的。因此，防爆型电气设备需具备轻便、便携性以及易于操作的特性，以利于矿工进行设备的搬运工作。同时，设备结构的简化以及体积的缩小，将显著提升其检修、维护和保养的便捷性。

（4）可应对内、外部爆炸

防爆电气设备的主要特性之一是其能够抵御混合爆炸带来的损害，同时确保内部不会引发爆炸[2]。该要求规定了防爆设备外壳必须具备充分的机械强度。在实际应用中，此类设备通常采用铝合金、钢板、铸钢等高强度材料进行制造，这些材料能够承受至少1.5倍的设计压力，从而有效地阻隔爆炸产生的能量，并且便于直接进行接线操作。

3.在煤矿井下作业中电气设备防爆技术的实际应用

（1）冷磷化工艺技术的实践应用

采用冷磷化技术对隔爆面进行处理，必须借助磷酸盐溶液，将其涂覆于经过预处理的隔爆面上，以激发金属表面的磷化反应，从而形成一层较厚的磷化膜。经过冷磷化处理的金属表面，将展现出卓越的隔爆面抗腐蚀性能，这显著提升了电气设备的防爆性能和运行稳定性。以下将详细阐述该技术的实施步骤。

①首先，对设备金属表面进行清洁处理，因为隔爆层表面的油污或锈蚀可能会影响设备的运行性能。工作人员需采取适当措施，彻底清除这些污渍和杂物，直至金属表面恢复光泽，之后方可开始涂覆磷化膏。

②在经过处理的金属表面均匀地涂上磷化膏，涂抹厚度应控制在 2～3 mm 之间。

③涂上磷化膏后，需检查表面膏体中的气泡，并采取措施消除它们，或者等待气泡完全消失，以确保隔爆面平整光滑。

④若环境温度低于 20 ℃，则需等待大约 3 小时。磷化完成后，刮掉表面的磷化膏，并用纱布清洁隔爆面。清洁完毕后，在表面再涂上一层防锈油，以防止腐蚀性气体或液体侵入设备内部，避免设备故障[3]。

（2）热管技术的实践应用

热管技术提升传热和散热效率，增强设备稳定性和自动化。通过介质传递热量，具有低热阻，显著提高散热性能。隔爆型热管散热器中，热管传输热量，与基板共同传导设备和元器件产生的热量。通过热管内部的循环，热量被有效散发，防止设备过热引发爆炸[4]。热管散热器与防爆电气设备电箱结合，形成整体式防爆壳结构，有效处理散热风险和防爆问题，确保井下电气设备稳定运行，提升自动化水平，满足现场作业需求。

（3）电气设备智能化技术的实践应用

恶劣的井下环境对防爆电器设备的创新构成了限制，进而影响了自动化控制系统的发展进程。新材料与新技术的涌现为煤矿行业带来了挑战。然而，部分制造商已成功研发出小型化、集成化、模块化的人工智能防爆设备，这些设备不仅功能全面、性能稳定，还具备多样化操作和故障自检功能，满足了自动化需求，引领了防爆领域的新发展。自动化集中控制系统的应用有效降低了人力成本，避免了技术错误和人为失误。通过与人工智能化设备的结合，构建了现代化智慧矿井，显著提升了井下作业的安全性。

人工智能化组合型防爆电气设备融合了智能传感技术和微处理技术，实现了电气设备运行的实时在线监管和诊断。该设备具备一体化、模块化和可视化特点，支持信息共享，实现了就地和远程诊断，以及网络化控制和程序化操作。一体化功能整合了监测系统、可视化设备和传感器，模块化允许灵活更换组件。可视化系统提供设备内部监控和视频可视化，便于实时监控和及时应对危险，有效预防和处理爆炸品事故，确保设备运行在最佳状态。

（4）隔爆外壳防爆技术

具备优异抗爆和阻爆性能的隔爆外壳，能够显著抑制由设备自身高温或电火花引发的爆炸事件。将隔爆外壳应用于防爆电气设备的外部，能够有效隔离电气运行时产生的电火花与外部环境，防止电火花扩散至含有爆炸性或可燃性气体的区域，从而避免引发火灾或爆炸。

（5）安全电路防爆技术

在操作防爆电气设备时，应尽量采用低功率电源和低电压，以增强电路的安全性能。若发现电路电流过高，需适当调整电阻值以降低电流，或者增加电路的能耗，减少元件的能量输出，确保电路在安全界限内运行，从而有效预防潜在的爆炸风险。同样地，在设计防爆电气设备的运行电路时，可以考虑加入超前切断电源的机制，为电气设备的电路提供额外的安全保障。一旦电流超过设定的阈值，系统会自动触发断路器，切断电源。这种超前切断电源系统通常用于电气设备绝缘层损坏或机械故障时，及时断电能够有效避免设备运行和电路引发的爆炸危险[5]。

（6）正压外壳技术

采用压力平衡原理的正压外壳防爆电气设备，能够有效防止设备自爆现象的发生。在系统内部压力超过外部爆炸性压力或高压的情况下，一旦达到压力平衡状态，正压外壳将阻隔可燃性气体的侵入，进而实现其防爆功能。

4.结束语

在煤矿井下作业中，安全防护措施显得格外关键。煤矿企业必须强化井下作业的安全监管，预防安全事故的发生，避免导致重大的经济损失或人员伤亡。采用防爆电气设备能在一定程度上减少井下作业的爆炸风险，从而提升煤矿井下作业的安全水平。因此，煤矿企业应当强化井下防爆措施的管理，积极采纳包括冷磷化工艺、热管技术、智能化技术、隔爆外壳、安全电路、正压外壳等先进技术。同时，还需加大对新设备和技术的研发投入，以推动我国煤矿产业的持续发展。

【参考文献】

[1]孙健钧.煤矿井下防爆电气设备中的应用技术分析[J].冶金与材料,2021(04):97-98.

[2]魏宏宇.煤矿井下防爆电气设备中的应用技术探讨[J].低碳世界,2021(03):72-73.

[3]贾海峰.煤矿井下防爆电气设备中的应用技术[J].当代化工研究,2020(19):68-69.

[4]渠敬生.煤矿井下防爆电气设备中的应用技术初探[J].电子元器件与信息技术,2020(08):116-117.

[5]薛三年.煤矿井下电气设备的防爆研究[J]. 能源与节 能,2019(02):132-133.