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模块二井下电气防爆课题一防爆电气设备的类型、标志及组别知识点了解防爆原理熟悉防爆型电气设备的类型和标志掌握电气设备的防爆措施技能点会选用电气设备的种类任务描述井下为什么会经常发生爆炸事故?采取哪些措施可以防止爆炸事故发生呢?电气设备在井下爆炸事故中充当什么角色?电气设备应如何防爆?作为现场工人应遵守哪些安全规程避免爆炸事故?这都是我们必须学习和掌握的问题。案例一:2000年11月25日，某矿发生重大瓦斯爆炸事故，死亡51人。事故直接原因是:死者对煤电钻电缆明线接头未按规定进行处理，致使电缆移动时接头处短路形成引爆火花，引起瓦斯爆炸。案例二：2001年4月6日21时14分，某矿发生一起特大瓦斯爆炸事故，造成38人死亡，16人受伤，其中重伤7人，直接经济损失136万元。事故的直接原因是：415掘进工作面的瓦斯涌出量大，在掘进的过程中没有按照《煤矿安全规程》的规定及时采取瓦斯抽放措(多个空格)施，致使工作面瓦斯时常超限。事故当班415掘进工作面的局部通风机没有正常运行，造成瓦斯积聚，并达到爆炸界限，同时电气设备失爆产生火花引起瓦斯爆炸。案例三:2004年2月23日6时10分，某矿发生一起特大瓦斯爆炸事故，造成37人死亡，直接经济损失246万元。事故的直接原因是：该矿13#煤层东一掘进工作面当班瓦斯检查员严重违章，上班时脱岗，没有及时接风筒，致使该工作面处于微风、无风状态，造成瓦斯大量积聚并达到爆炸条件；工人违章拆卸矿灯，矿灯短路产生火花，引起瓦斯爆炸。任务实施一、煤矿井下爆炸成因及预防爆炸的基本措施任何具有潜在爆炸危险的场所，都属于爆炸性危险场所。在煤矿井下，三分之二的场所，属于爆炸性危险场所。这是因为在采煤过程中不可避免地会有一些瓦斯和煤尘产生。当这些伴生出来的瓦斯或煤尘浓度达到一定范围且在一定条件下，便要引起爆炸。产生爆炸的基本原理是爆炸三角形原理，如图2-1-1所示，即一定的瓦斯(煤尘)浓度，一定的点火源(电火花、炽热表面)，一定的氧气浓度。图2—1—1爆炸三角形原理根据这个基本原理，防止爆炸一方面要预防瓦斯积聚，搞好通风，限制瓦斯、煤尘在空气中的含量；另一方面要杜绝一切能够点燃矿井瓦斯、煤尘的点火源和危险温度。矿井中能够引起瓦斯、煤尘爆炸的点火源很多，而电气设备在正常运行或事故状态下可能出现的电火花、电弧和过度发热的导体是主要的点火源。所以，煤矿井下必须使用防爆型电气设备。二、矿用电气设备的类型对煤矿井下常用的电气设备，根据其应用范围、结构特点和工作原理，可分为矿用一般电气设备和矿用防爆电气设备。1.矿用一般电气设备矿用一般电气设备是一种煤矿井下用的非防爆型电气设备，它只能用于井下无瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。如矿井井底车场、总进风巷和主要进风巷。使用架线电机车运输的巷道中及沿该巷道的机电硐室内也可采用矿用一般型电气设备，其标志为“KY”。对矿用一般电气设备的基本要求是：外壳坚固、封闭，能防止从外部直接触及带电部分；防滴、防溅、防潮性能好；有电缆引入装置，并能防止电缆扭转、拔脱和损伤；开关手柄和门盖有连锁装置等。矿用一般电气设备外壳的明显处，有清晰的永久性凸纹标志“KY”。2.矿用防爆型电气设备矿用防爆型电气设备是按照国家标准GB3836.1-2000生产的专供煤矿井下使用的防爆电气设备。该标准规定防爆型电气设备为Ⅰ类和Ⅱ类，其中Ⅰ类为煤矿井下用电设备。矿用防爆型电气设备根据不同的防爆要求可分为10种类型：1)隔爆型电气设备(d)隔爆型电气设备是指具有隔爆外壳的电气设备。其代表符号为“d”。这种设备能把点燃爆炸气体混合物的部件全部封闭在一个具有一定强度的由铜板、铸钢或铸铁等制成的外壳内。该外壳能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，从而能阻止外壳内部的火花、电弧和危险温度。且外壳内部火花、电弧和危险温度点燃内部爆炸性气体混合物后的爆炸物即使传到外壳外部，也不会引起外壳外部爆炸性气体混合物的爆炸。基本原理：把能产生火花、电弧和危险温度的零部件都放在与周围爆炸性气体混合物级别相适应的隔爆外壳内，使两者隔开。由于隔爆外壳的间隙存在，因电气设备呼吸作用和气体的渗透作用，隔爆外壳内存在爆炸性气体是完全可能的。当隔爆外壳内点火爆炸时，不会引起壳外爆炸性气体混合物的爆炸。2)增安型电气设备(e)增安型电气设备是指不会产生点燃爆炸性气体混合物的火花、电弧或危险温度的电气设备。其代表符号为“e”。其主要原理是，增安型电气设备在零部件上采取适当措施，当其在正常运行时不会产生电弧、火花或可能点燃爆炸性混合物的高温。因此，增安型电气设备在正常运行时就没有引爆源。3)本质安全型电气设备(i)该型电气设备的全部电路均为本质安全电路。所谓本质安全电路，是指在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障状态下所产生的电火花或热效应均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。其代表符号为“i”。每种爆炸性气体都有最小的点燃能量，当小于这个能量时，就不能引起点燃。因此，可以从限制电流电路中的能量入手，采用各种方式使电路的电压、电流等电气参数在一个允许的范围内，这时尽管产生了火花，也不会点燃爆炸性气体混合物。本质安全型分为ia和ib两个等级，煤矿井下采用ib等级的本质安全型电气设备。4)正压型电气设备(p)正压型电气设备是指具有保护外亮，且壳内充有保护性气体，其压力保持高于周围爆炸性气体混合物的压力，以避免外部爆炸性气体混合物进入外壳内部的电气设备。其代表符号为“p”。正压型电气设备在启动和运行时，设备外壳内部气压高于设备外壳外部的气压，从而限制了周围爆炸性气体混合物进入设备外壳的内部。5)充油型电气设备(O)充油型电气设备是指全部或部分带电部件浸入油内，使之不能点燃油面以上或外壳周围的爆炸性气体混合物的电气设备。其代表符号为“o”。当浸入矿物油内的电气元件在工作时产生电弧，油迅速分解爆发成蒸气，从而在电弧周围形成气泡。它的膨胀受到周围油惯性和油壁箱的阻碍使气泡内压力很高，加强了气体的对流作用，造成电弧间隙强烈的冷却和游离，而迫使电弧熄灭。6)充砂型电气设备(q)充砂型电气设备是指外壳内填充细颗粒材料，以便在规定使用条件下，外壳内产生的电弧、火焰传播或壳壁及颗粒材料表面的过热温度均不能将周围的爆炸性气体混合物引爆的电气设备。在电气设备的外壳内填充一定粒度、一定高度的石英砂，从而阻止了火花、电弧和危险温度的传播。使之不能将电气设备外壳外部爆炸性气体混合物引爆。其代表符号为“q”。7)无火花型电气设备(n)无火花型电气设备是指在正常的运转情况下不产生火花、电弧、危险温度，也不会将周围爆炸性气体混合物引爆，并且一般不会发生引爆故障的电气设备。其代表符号为“n”。8)浇封型电气设备(m)浇封型电气设备将电气设备或其部件浇封在浇封剂中，使它在正常运行和认可的过载或认可的故障下不能点燃周围爆炸性混合物的防爆电气设备。其代表符号为“m”。9)气密型电气设备(h)气密型电气设备具有气密外壳的电气设备。其代表符号为“h”。10)特殊型电气设备(s)特殊型电气设备异于现有防爆形式，由主管部门制定暂行规定，经国家认可的检验机构检验证明，具有防爆性能的电气设备，该类型防爆电气设备须报国家技术监督部门备案。其代表符号为“s”。3.矿用电气设备的使用范围矿用一般型电气设备与防爆型电气设备相比，具有造价低廉、维护方便的特点，所以，在井下能用一般型电气设备的场所尽量不使用防爆型设备，以便降低煤炭生产的成本。但从煤矿安全的角度出发，不同类型的电气设备的使用场所，必须按《煤矿安全规程》中的有关规定执行。对不同等级的瓦斯矿井，在不同地点允许使用的电气设备类型见表2—1—1。表2—1—1井下电气设备选用规定类别煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井和瓦斯喷出区域瓦斯矿井井底车场、总进风巷和主要进风巷翻车机硐室采区进风巷总回风巷、主要回风巷、采区回风巷、工作面和工作面回风巷低瓦斯矿井高瓦斯矿井①1、高低压电机和电气设备矿用防爆型（矿用增安型除外）②矿用一般型矿用一般型矿用防爆型矿用防爆型矿用防爆型（矿用增安型除外）2、照明灯具矿用防爆型（矿用增安型除外）③矿用一般型矿用防爆型矿用防爆型矿用防爆型矿用防爆型（矿用增安型除外）3、通信、自动化装置和仪表、仪器矿用防爆型（矿用增安型除外）矿用一般型矿用防爆型矿用防爆型矿用防爆型矿用防爆型（矿用增安型除外）注：①使用架线电机车运输的巷道中及沿该巷道的机电设备硐室可以采用矿用一般型电气设备（包括照明灯具、通信、自动化装备和仪表仪器）；使用场所②煤（岩）与瓦斯突出矿井的井底车场的主泵房内，可使用矿用增安型电动机；③允许使用经安全检测鉴定，并取得煤矿矿用产品安全标志的矿灯。三、防爆电气设备的标志防爆电气设备的标志为Ex□□，第一个□表示防爆型式，第二个□表示防爆类别。例：ExdⅠ表示矿用隔爆型电气设备。ExeⅡ表示厂用增安型电气设备。防爆电气设备的类型、级别和组别连同防爆设备的总标志“Ex”一起构成防爆标志。在防爆电气设备的明显处，均有清晰的永久性凸纹标志“Ex”和煤矿矿用产品安全标志“MA”。煤矿矿用隔爆型电气设备的防爆标志为“ExdI”。如图2—1—2中a、b所示。图2—1—2矿用防爆型电气设备1.磁力启动器b）检漏继电器c）电动机矿用防爆型电气设备的类型、标志见表2—1—2。表2—1—2矿用防爆型电气设备的类型、标志序号防爆电气设备的类型标志序号防爆电气设备的类型标志1隔爆型电气设备ExdI6充砂型电气设备Exq2增安型电气设备ExeI7元火花型电气设备Exn3本质安全型电气设备ExibI8浇封型电气设备Exm4正压型电气设备Exp9气密型电气设备Exh5充油型电气设备Exo10特殊型电气设备Exs四、防爆型电气设备的防爆安全技术电气设备运行中不可避免地会产生电火花、电弧和过热导体。为防止这些热源引起瓦斯、煤尘爆炸，防爆型电气设备采用以下防爆安全技术：1.采用隔爆外壳这种隔爆外壳多用于井下高低压开关设备、电动机等，如图2—1—2所示，即将正常工作和事故状态下可能产生火花的部分放在一个或几个外壳中。这种外壳的结构特点是由壳体和盖子共同构成的，称之为隔爆外壳。外壳的作用有两个：一是有足够的机械强度，将内部的火花、电弧与电气设备使用环境中的爆炸气体隔开，当壳内出现较强的爆炸时不会使外壳损坏和变形，即要求外壳具有耐爆性；二是内部产生爆炸的火焰不会引爆外壳周围的瓦斯、煤尘，即要求外壳具有隔爆性。如何保证外壳的耐爆性和隔爆性?1)耐爆性耐爆性是指防爆外壳的机械强度。首先，为保证外壳能承受爆炸高温、高压的冲击，井下大多数电气设备的外壳都是用抗拉强度和韧性较高的钢板焊接制成，手持式或支架式电钻及其附属插销和携带式仪器的外壳，都采用抗拉强度较高的铝合金或不锈钢材料制成。另外，应考虑影响爆炸压力的因素，如温度、爆炸物、接合面间隙、外壳的容积等，尽可能减小爆炸压力。此外，外壳的形状不同，所承受的压力也不同，容器形状与压力的关系见表2—1—2。从表中可见，圆球形的外壳承受爆炸压力最大，长方形的最小，这是因为它们的散热面积（表面积）不同所致，即容积相同时，散热面积越大，爆炸压力越小。表2—1—2相同容积不同形状容器的爆炸力外壳形状圆珠形正方形圆柱形长方形单位面积承受的压力(压强)/MPa0.710.60.540.5值得注意的是，爆炸有压力重叠即多空腔的过压现象。如图2—1—3所示，A腔与B腔有一连通孔，当A腔内发生爆炸后，压力波首先通过连通孔，使B腔内未点燃的爆炸物质受到压缩而压力升高，随后，火焰传播过来，引起B腔爆炸，则产生较高的过压现象，称为“压力重叠现象”。显然这是非常危险的。因此，井下防爆外壳一般都做成单腔。若确实需要多腔时，应尽量增大连通孔的面积，以求两空腔中的爆炸性气体同时爆炸。图2—1—3多空腔联通示意图2)隔爆性隔爆性是指设备外壳各部件间的接合面应符合一定的要求，以保证外喷火焰或灼热的金属颗粒不会引起壳外的可燃性气体爆炸。隔爆外壳不可能是一个完整的整体，而是由许多个零部件构成的，壳内的爆炸产物会穿过零部件间的连接缝隙，扩散到壳外环境，这些缝隙叫做隔爆结合面间隙。要保证隔爆性