煤礦井下防爆電氣設備中的應用技術

文/楊曉丹

在煤礦井下作業是一項高風險工作，由于其在地底下深層開采，作業工人們就不得不面臨著陰暗潮濕的工作環境，與這些工人相伴的，便是各種各樣復雜的電氣設備。在如此惡劣的環境中工作，人會感覺到疲倦，而電氣設備們同樣會感到“疲倦”。在日復一日的工作當中，電氣設備的電線會受到不同程度的損耗，加上潮濕環境中一些微生物的腐蝕消耗，大大加速了電氣設備的老化。同時人們在開采煤礦等資源時，過度依賴電氣設備的輔佐能力，使電氣設備經常運轉在超負荷的狀態之中，一系列綜合的問題交織在一起，就很容易使電氣設備產生漏電、溫度過高的現象。電氣設備漏出的電火花或者產生出的過高溫度，很容易引燃礦井下的可燃性氣體，隨即發生爆炸，嚴重威脅到了井下作業的工作人員的生命安全。因此，人們對煤礦井下電氣設備的防爆性能提出了很高的要求。

1 煤礦井下防爆電氣設備的特點

首先電氣設備本身體積不應設計過大，在煤礦井下作業的空間是比較窄小的，工作人員平時的出入已經是比較費勁了，如果電氣設備本身體積過大，很容易影響作業工人的工作效率。電氣設備設計的小巧靈活，不但工人們搬運起來更加方便，也能夠使維修工人在后期電氣設備的檢修中對故障設備拆卸替換更加簡易快捷。

再者井下電氣設備要耐得住潮。由于在地底下，終日難見陽光，通風效果也不是很好，因此煤礦井下的環境是極度潮濕的。這種惡劣的環境，對電氣設備的防潮性能提出了很高的要求。電氣設備不光電線部分，每個地方都要做好防潮準備，防止電氣設備因潮濕而受到腐蝕或生銹。

電氣設備還要經受住低高溫的考驗。煤礦井下的溫度有的地方很低，有的地方卻很高，電氣設備要經得住低溫環境和高溫環境的“折磨”，能夠在冷熱不同的地方穩定工作。因此井下的電氣設備往往會有一層絕緣層，一是防止人們觸電，而是防止溫差變化對電氣設備運作產生不必要的影響。

最后一點，防爆電氣設備的設計，一個是要防止電氣設備本身發生爆炸，再一點就是要電氣設備本身能夠抗擊外部爆炸。因此防爆電氣設備的外殼材料就必須要足夠結實，能夠抗住外界產生的龐大壓力。當下制成防爆電氣設備外殼的基本上是由鋁合金、鑄鋼、鋼板等堅固性材料構成，最多可以同時承受1.5倍的壓力，既可以經過隔離爆炸物接線，又能直接接線。

2 煤礦井下防爆電氣設備技術的具體應用

2.1 冷磷化工藝的應用

在隔爆面上對冷磷化工藝進行具體的應用，主要是防止金屬發生磷化。在井下作業時，腐蝕是電氣設備表面最大的敵人，為了保護好電氣設備，人們往往會給電氣設備表面穿上一層“磷衣”——磷化薄膜表層。人們首先要對電氣設備的表面進行一定的處理，隨后將準備好的磷酸鹽溶液滴在處理完的隔爆面上，隔爆面上的金屬發生了磷化現象，形成了一層薄膜。為了能夠起到更好的保護效果，人們還會再次薄膜的基礎上再多涂抹一層防銹油。防爆面防護能力的好壞直接影響了電氣設備的防爆能力。帶有磷化薄膜的防爆面防爆效果非常好，它很細膩，在保證了隔爆面間隙的同時也增強了防爆面的抗磨損性。磷化后的電氣設備防爆面的穩定性非常強，它既可以防止具有強腐蝕性氣體的侵入，也能夠阻止腐蝕液體的滲透。其次，防爆面的金屬在受到磷化作用之后，他的防爆強度大大增強，隔爆效果十分突出。值得一提的是，磷化的薄膜厚度是十分薄的，它的范圍達到了0.05-0.07mm，基本上對零件的作用功能產生不了任何影響。

但是應該注意的是，我們剛剛都是基于一種理想化的磷化工藝作業的過程。結合煤礦井下作業的實際情況，我們會發現，要想完美的實施磷化工藝還是比較難的一件事情。井下的環境十分的惡劣，我們很難考慮到環境會給電氣設備表面產生什么樣的影響，防爆面經常會受到不同的腐蝕消耗，一些高溫的損害、銹蝕等因素，使得電氣設備防爆性能大大降低，這也是對冷磷化工藝的一大挑戰。

對防爆面的冷磷化工藝的實施進行一個簡述：進行冷磷化工藝，首先要準備好汽油，汽油的作用是為了在前期對隔爆面進行一定的清洗，除去留在隔爆面上的一些油脂，使金屬表面展露出來。接著使用磷化膏，將其均勻涂抹在隔爆面的表面上，注意要保持表面涂抹平整，避免產生一些氣泡影響薄膜質量。隨后要控制好溫度，將溫度保持在10℃-20℃之間，同時把控好時間在105-135min之間。接下來就是要觀察磷化表面的狀況，磷化結果的好壞通過觀察磷化表面的顏色就能判斷，若磷化表面是粉色，則磷化成功。若呈現灰色，則表明你時間控制的不當，超過了磷化作用所需的時間。完成磷化的步驟后，操作者可以選擇在磷化面上添加除銹油，對表面進行二次防護。還需注意的是，磷化液的儲存也是有要求的，磷化液需要存儲在避光的區域，且環境溫度要低，保持密封狀態。

2.2 熱管技術的應用

熱管可以這樣解釋：傳熱的管。顧名思義，熱管就像是導線一樣，導線是將電子從一個地方移動到另一個地方，熱管亦是如此，熱管就是將熱量從一個地方傳到另一個地方，起到了散熱的作用。由此可見，如果將熱管的技術運用到井下作業的環境中，也都夠有效起到一定的積極作用。防爆機中的熱管，改良了傳統的散熱模式，提高了熱傳導的效率，它的使用，提高了電氣設備在可燃氣體中的使用效率。熱管技術的相關工作機理就是利用了其所使用的介質導熱的特性，對汽化潛熱進行引導傳遞，是熱量分布的更加均勻，降低了可燃氣體爆炸的可能性。

在具體的實踐工作中，最有效的熱元件非隔爆型熱管散熱器莫屬。它在運作過程中，設備的發熱量利用基板和熱管傳輸，在熱管的另一頭，是冷凝端。工作過程中熱量輻射會產生一種對流，隨之運動到相應的工作環境中，此時工作介質就達到了一種飽和狀態，隨后蒸汽遇冷液化，熱管內有一個似毛細結構，液體便會回到原來的蒸發部位，重復工作。隔爆型熱管是眾多傳熱元件中效果最好的傳熱元件，保證了煤礦井下電氣設備元件的有效散熱，減少了危險事故的發生。現在隔爆型熱管已經廣泛應用到煤礦井下變頻調速中，有效解決了煤礦井下散熱問題，還具有散熱性能高、性價比高等特點，對煤礦整體作業水平和整機技術性能起到很大作用，提高了市場競爭力。

2.3 其它煤礦井下防爆技術

（1）采用隔爆外殼：其原理是將電氣產生的火花與外界隔開，避免引燃外界可燃氣體，將其隔開的外殼耐爆性抑爆性都很強。最終有效遏制了爆炸的發生。

（2）采用本質安全電路：在作業中盡量使用小電源小電壓，通過增加電路中的電阻來減小電路中的電流，通過一些能耗辦法，減弱一些元件上的能量。

（3）采用超前切斷電源系統：這就類似于家庭中的安全電流防護措施一樣，當檢測到有一處電流過大時便會自動跳閘。該技術原理與其類似，當井下的電源電路中有一處絕緣層損壞或是產生機械損害時，系統會自動檢測出異常，提前斷電，這樣就將風險扼殺在了搖籃之中。

（4）采用正壓外殼：該技術利用了平衡的原理，它始終使系統的壓力高于周圍發生爆炸性或者強壓性的壓力，有效防止可燃氣體進入內殼，實現防爆。

（5）在設備外部填砂：在不違背使用的原則下，當殼內不慎發生電火花甚至是失爆時，外部的砂就有效的防止了內部產生的能量點燃外部可燃性氣體，實現防爆。

（6）設備外殼內充油：在這個技術中，在外部充油并不會使設備引起燃燒，反之，由于油的存在，它很好地將內部熱源與外部可燃物隔開，實現防爆。

（7）采用氣密外殼：一些熔化擠壓的地方就不適合用上述密封的方法密封了，這時就需要氣密外殼進行密封。

3 防爆技術存在的缺陷而引起的失爆。

（1）設備常年使用發生損壞沒有及時發現。

（2）惡劣的井下作業環境對冷磷化工藝有很大的損害影響。

（3）由于受到外界不確定的壓力擠壓碰撞，一些隔爆層會受到不同程度的損壞。有一些連接地方的螺絲釘發生折斷，接線盒不穩定，最終機械強度減弱而產生失爆現象。

（4）有些需要密封的地方密封不到位，一些接線孔使用了不合格的封堵擋板。

（5）接線柱和絕緣管等經過長時間的使用由于電路溫度過高而損壞，當它們產生空腔時，會發生一定的壓力差而產生失爆現象。

（6）設備出現裂紋而爆炸。

4 結語

本文通過上述內容的介紹，不難看出冷磷化工藝和熱管技術在井下電氣設備防爆技術中已經是相當成熟了，但是或多或少還存在著一些不足。在煤礦井下作業是一項非常高危的工作，而井下電氣設備防爆性能的好壞直接關系到了井下作業工人性命。因此，對于煤礦井下防爆技術應用的研究有著很大的意義。我們應該不懈努力，執著探索，根據目前防爆技術所產生出來的缺陷不斷進行改善，爭取為萬千井下工人營造出一個百分百安全的工作環境。