深井接地在巖石丘陵地區的應用與探討

(E-mail)datong123180@sina.com

深井接地在巖石丘陵地區的應用與探討

陳正鋒

(大同煤礦集團 宏遠工程建設有限責任公司,山西大同037003)

摘要在礦山基本建設中，礦區變電所、風井場地及瓦斯抽放泵站等建(構)筑物一般建設在山區上，該區域氣候干燥，雨水少，地質以巖石為主，場區傳統的水平式接地網接地電阻滿足不了設計規范要求，故如何降低場區接地電阻，長期有效地保證場區設備及人身安全，顯得尤為重要。介紹了巖石丘陵地區的室外防雷接地施工應用情況，通過實例對垂直式深井接地與傳統的水平式接地的實用性進行了比較，驗證了巖石地區采用深井接地的經濟性和可靠性，符合國內巖石丘陵地區室外接地網施工、改造的發展趨勢。

關鍵詞深井接地；巖石丘陵地區；施工

收稿日期：2014-11-21

作者簡介：陳正鋒(1972—)，男，四川重慶人，2012年畢業于長沙理工大學，工程師，主要從事機電工程方面的研究工作

中圖分類號：TD608

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)01-0043-03

AbstractIn the basic construction of coal mine, the buildings such as mine substation, ventilation shaft site, gas drainage pumping station and others are usually in the mountains area. The climate of the region is dry and less rain, rock is the main geology. In the areas, it can't satisfy the design specification requirement of horizontal grounding network grounding resistance in tradition, so it is particularly important that how to reduce the ground resistance and chronically and effectively ensure the safety of equipment and person in court areas. Introduces the application situation of outdoor lightning protection construction in rock hilly region. The practicability of vertical deep well grounding and horizontal grounding in tradition are compared by living example. Verifies the economy and reliability of deep well grounding in rock hilly region, it conforms to construction and reconstruction trend of outdoor grounding grid in domestic rock hilly region.

在礦山基本建設過程中，礦區的變電所、風井場地及地面瓦斯抽放泵站等建(構)筑物一般建設在礦區井田區域的山區上，該區域氣候干燥，雨水少，地質以巖石為主，地面表皮軟土厚度約為100 mm，碎石結合體厚度約為1 000 mm，土壤層較薄，對水、氣隔絕能力較差，水分揮發向下滲透較為嚴重，降雨時上層滯水，即從地面流失，雨過天晴，土壤很快變干。場區傳統的水平式接地網接地電阻滿足不了設計規范要求，因此，采取何種接地施工方法，降低場區接地電阻，長期有效地保證場區設備及人身安全，顯得尤為重要。

1施工實例

2012年10月—2013年8月，同煤集團宏遠工程建設有限責任公司承攬施工了大同煤礦集團大唐塔山煤礦有限公司二盤區風井廣場地面瓦斯抽放泵站安裝工程，其中地面防雷接地工程設計為5座避雷線塔，每座避雷線塔均采用“口”字型水平接地網獨立接地。其水平接地線采用-40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼焊接連接，接地極采用G50δ=3.5 mm，L=2 500 mm鍍鋅鋼管，間隔5 m垂直埋入，埋深-800 mm.同時，在埋設接地極及接地線時，全部換填素土及降阻劑。經施工后測試，該避雷線塔獨立接地電阻分別達到112 Ω、212 Ω、115 Ω、160 Ω、180 Ω，系統接地電阻為182 Ω，遠遠大于設計及規范要求(10 Ω)，不能保證場區設備安全及人身安全。

根據現場勘測情況(圖1)，由于瓦斯泵站位于山頂位置，該地區土質主要以巖石層為主，表層軟土在100～150 mm，土壤電阻率較高，降低接地電阻難度較大。同時，當地的年雷暴日在41.4 d/a，容易受到雷電襲擊。為了保證場區及設備安全可靠，經施工方與業主和設計院溝通，對原防雷接地設計方案“水平式接地網”進行重新改造施工。

圖1　巖石土層結構圖

該方案的改造重點就是如何降低場區的接地電阻，以達到設計要求。為了達到降低接地電阻的目的，從電阻公式R=ρε/C可知，降低接地電阻有以下兩種途徑：

1) 增大接地體幾何尺寸，以增大接地體的電容C.2) 改善地質電學性質，減小土壤的電阻率ρ和介電系數ε.因此，根據土壤的特點，當土壤電阻率ρ一定(<300 Ω·m)時，水平接地網的接地電阻基本是由地網面積決定；當土壤電阻率ρ較高(≥300 Ω·m)時，地網接地電阻就很難達到設計要求。

從第一種途徑看，增大接地體幾何尺寸就需要增大水平地網，根據水平地網接地電阻計算公式：

R=0.443ρS-1/2+ρL-1/2=0.5ρS-1/2

式中：

L—接地體的總長度，m；

ρ—土壤電阻率，Ω·m；

S—水平地網的面積，m2.

由上可知，要使接地電阻<10 Ω，則水平地網的面積S≥0.002 5ρ2.設土壤電阻率ρ=300 Ω·m，則每座線塔水平地網面積要>225 m2，5座塔水平接地網就需要>1 125 m2.

故要降低地網的接地電阻，僅僅停留在地層表面，采用傳統的水平擴大地網面積的辦法，在巖石高土壤電阻率地區是不可取的，也無法得到穩定的理想的接地電阻值，這在實際操作中是極不經濟，也是不可行的。所以，需要在不增加水平地網面積的情況下，將接地體延伸到地下，與地下含水土層接壤，實現降阻的目的。等效的接地網結構圖見圖2.

圖2　 等效的接地網結構圖

如圖2所示，原地網設計為“口”字型地網，水平接地線為-40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼，垂直接地體為d50 mm熱鍍鋅鋼管。

改造施工時，在不增加其水平地網的情況下，根據土壤分層情況，在水平接地網的終端用工程鉆探機鉆d50 mm,深60 m的接地深井，垂直引長接地極，并將深井內的接地鍍鋅鋼管與水平接地線扁鋼焊接連通，形成一個獨立完善的接地網，同時在接地深井內采用壓力灌漿工藝灌注JLD-II物理高效降阻劑，以得到更低更穩定的接地電阻值。采用該方案施工后，在晴朗干燥天氣用ZC-8搖表測試，每座避雷塔接地電阻值分別為2.1 Ω、1.2 Ω、1.2 Ω、1.0 Ω、0.9 Ω，系統接地電阻為1.2 Ω，達到了設計規范要求(10 Ω).

2應用情況及社會經濟效益分析

以施工工程為例。

1) 原設計水平地網總面積(以電阻R=10 Ω計算)。

由式(1)，求得：

每座線塔接地面積：S=225 m2

5座線塔接地網總面積：S總=1 125 m2

2) 原設計水平地網施工費用(元，原地網面積1 125 m2)：

直接費用(含其它直接費)5 000元，間接費1 000元，材料費2 500元，合計85 000元。

3) 采用傳統方式向外擴大水平地網費用(萬元)。

a) 水平改造后地網的總面積。

將已改造后的接地電阻值(以施工后最大阻值2.1 Ω計算)代入式(1)，求得每座線塔接地面積：S=5 102 m2.

5座線塔接地網總面積:S總=25 510.7 m2

b) 增加的地網面積。

S增=25 510.7-1 125=24 385.7 m2

c) 增加的地網面積與原設計地網面積比較。

24 385.7÷1 125=21.676(倍)

d) 計算水平擴網所需的費用(萬元)。

8.5×21.676=184.25萬元

4) 采用深井接地發生的費用。

每座線塔鉆孔4個，每個單價為2萬元，小計8萬元，灌降阻劑3.84萬元，其它費用2萬元，合計13.84萬元。

企業應該盡量從原產地或者可靠的采購途徑拿貨，以保證產品質量。企業可以雇傭專業性較強的采購人員設計相關的采購標準或由采購人親自把握拿貨的質量。例如某超市共100平米，用50平米來賣生鮮，員工一半人負責這項業務，銷售的業績一半也來自此類產品，此類產品的價格比市面上低一成。這是因為這個超市有約三百位員工組成了一個生鮮采購的團隊，大家分別負責不同的產品類別，更是有采購人員直接在原產地工作，與當地人進行良性溝通互相幫助，使得他們生產的產品質量有保證。再經過仔細的挑選等一系列步驟，以保證產品在交給承運人之前的品質。從根源上就能夠把握住產品，來降低運輸、倉儲等成本。

5座線塔共計：69.2萬元。

5) 水平擴網與深井接地費用比較。

節省費用：184.25-69.2=115.05萬元。

故根據上述分析計算，利用深井接地，經濟效益十分明顯。該方案能有效降低巖石地區工業場區接地電阻，符合設計規范要求，達到降阻持續時間長、系統穩定、耐腐蝕、安全可靠的理想效果。

同時，該方案減少了場區占地面積，能長期有效地保證場區設備及人身安全，投資少、工期短，社會經濟效益顯著。

3施工中應注意的問題

1) 施工中，深井位置必須根據現場實際情況進行選擇，一般安設在地網邊沿效果較好。若選擇在地網中間，由于水平接地極的屏蔽作用，其效果會大大減少。

2) 鉆探深孔時，只要找出地下深層土壤電阻率較低的區域即可。鉆孔深度需結合地質情況，從經濟實用的角度出發，一般不穿過未風化的板巖層。孔距一般不能小于水平地網的等值半徑，盡可能使地網形成半球狀。

4總結

深井接地施工實際上是在不擴大水平地網的基礎上向大地縱深尋求擴大地網面積，即在垂直方向加大地網尺寸，與水平地網連接，形成立體地網。它具有以下幾個特點：

1) 接地極能與土壤良好接觸，降低了接地極與周圍土壤的接觸電阻。

2) 由于地網尺寸加大，使接地體等效直徑加大，降低了接地電阻。

3) 深井內灌注的長效物理降阻劑由導電的非電解質固體粉末及起固化作用的水泥組成，電阻率低，接地電阻穩定，降阻效果不受季節變化、酸堿、溫度及濕度影響，能長期保持。

4) 接地極采用鍍鋅材料及深埋，具有可靠的防腐性能，能保證接地的可靠性和有效性。

5) 能減少場區占地面積，經濟效果明顯。

因此，深井接地對巖石地區地網降阻的效果是明顯的，符合國內巖石丘嶺地區室外接地網施工、改造的發展趨勢。

參考文獻

[1]電力工業部電力科學研究院高壓研究所.DL/T621-1997交流電氣裝置的接地附錄A[S].北京:中國電力出版社，1998：17-18.

[2]平帥,夏宏偉.變電站接地網深井接地的設計計算[J].防雷技術，2007(02):26-32.

[3]李志剛,郭立紅.降低接地電阻新方法分析[J].河北水利，2006(06)：36-37.

[4]曾雁.怎樣有效改善接地電阻[J].農村電工，2005(12):18.

[5]蘇邦禮,黃乃康,朱文凱.鉆孔深埋接地網在防雷工程中的應用[J].中國雷電與防護，2007(02)：8-12.

[6]陳先祿,劉渝根,黃勇.接地[M].重慶:重慶大學出版社，2002:124-129.

Application and Discussion on Deep Well Grounding in Rock Hilly Areas

CHEN Zhengfeng

Key wordsDeep well grounding; Rock hilly region; Construction

·專題綜述·