煤礦井下環(huán)境中隔爆電氣設備的隔爆間隙研究

天地（常州）自動化股份有限公司 莫海峰

煤礦井下環(huán)境中隔爆電氣設備的隔爆間隙研究

天地（常州）自動化股份有限公司 莫海峰

礦用隔爆型電氣設備是專為煤礦井下條件生產的防爆型電氣設備，其外殼具有隔爆性和耐爆性的特點。本文基于隔爆外殼的隔爆原理在此特點上進行闡述和探討。

隔爆性電氣設備；隔爆性；隔爆結合面；間隙

1.引言

礦用隔爆型電氣設備，最先出現于德國，現為各國廣泛采用，其原理以間隙隔爆為基礎，除符合礦用一般型電氣設備要求外，其對外殼的材質和強度、隔爆結合面間隙寬度、長度和加工光潔度等，都有嚴格要規(guī)定要求。外殼不僅承受殼體內部可燃氣體混合物可能產生的最大壓力，還能使爆炸的生成物和火焰經過結合面向外傳播時逐漸冷卻，不致引燃殼體外可燃混合物，適用于易產生瓦斯氣體、煤塵爆炸危險性場所。

現代自動化礦山礦井系統(tǒng)的建設及發(fā)展，大量電氣設備的普遍應用，依據國家標準（3836-2010）及煤礦安全生產規(guī)程要求，對煤礦井下隔爆電氣設備防爆型和耐爆性闡述與經驗分析，對隔爆電氣設備的設計提供經驗幫助。

2.煤礦井下環(huán)境對隔爆電氣設備的要求極其隔爆原理

煤礦井下環(huán)境中空氣主要成分為甲烷（瓦斯）、乙、丙、丁烷及其他碳氫化合物組成，其中瓦斯含量最高，約占98%左右。當空氣中瓦斯體積濃度達到5%～15%，溫度650℃以上足夠能量產生可以引燃瓦斯與氧氣混合物的火花，即會引起瓦斯爆炸。另外，當煤炭開采過程中，煤炭粉塵濃度達到30～2000g/m3時，遇到700℃以上熱源，可能會引起粉塵爆炸。

國家標準GB3836-2010對爆炸性環(huán)境用電氣設備分類為I類、II類、III類。其中，煤礦井下環(huán)境使用電氣設備為I類設備。所以煤礦井下用電氣設備必須具有隔爆性、耐爆性等技術要求。

煤礦隔爆電氣設備大多采用間隙隔爆機理。間隙隔爆：內部爆炸火焰通過結合間隙向外傳播時，金屬殼體吸熱滅火和冷卻作用，使火焰熄滅并降溫，避免傳爆；外殼具有一定的強度，殼體內部發(fā)生最嚴重爆炸時，所產生的高溫不致使外殼損傷，形成的壓力不造成外殼變形。多年的大量時間證實，外殼的間隙能起到產品的防爆作用。歪了達到外殼的耐爆性和隔爆性，對隔爆外殼的形成、材質、大小容積，結構形式都有特殊要求。

決定隔爆外殼隔爆性能的重要參數有：隔爆結合面的有效長度、隔爆結合面之間間隙的大小及隔爆結合面加工粗糙度。為了保證殼體的耐爆性能，在殼體壁厚、接合面厚度選擇與殼體不同部位加強筋的布設至關重要。同時，依據合理布置，容積不宜過大，避免多腔布置。

3.礦用隔爆型電氣設備外殼防護性能的實現

礦用隔爆型電氣設備一般由接線腔和主腔和擱置拖座構成，防護要求主要來源于安放整個設備主要電器器件滿足性能使用的主腔。以及用來安裝接線端子完成設備之間相互電纜連接作用的接線腔。

隔爆接合面：指隔爆外殼不同部件相對應的表面配合在一起且火焰或燃燒生成物可能會從外殼內部傳到外殼外部的部位。通常使用到的結構形式為平面式、圓筒式，螺紋式等。

（1）平面式即為隔爆接合面相對表面為平面，用螺釘或快開門結構來固定。例如礦用隔爆型開關電源機芯腔蓋就采用緊固螺釘固定接合面。圓筒式即隔爆接合面為圓筒形表面，主要有按鈕轉動軸操縱桿與軸套等接合面。螺紋式主要為設備增加隔爆接合面長度，列如接線腔出線嘴。

（2）隔爆接合面長度指的是火焰通過從隔爆外殼內部到外部的最短通路有效長度，隔爆接合面長度越長，傳爆性越小，安全系數越高，此長度與外殼容積相關聯(lián)，主要遵循“最短通路”原則計算。

（3）隔爆接合面的相對表面之間的距離即為隔爆接合面間隙，間隙的大小是隔爆外殼能否隔爆的關鍵，主要利用間隙冷卻熄火作用，實踐證明，間隙越小，傳爆性越弱，隔爆性越好。隔爆接合面的粗糙度影響隔爆接合面的最大值，標準《3836.1.1.3-2010》中要求隔爆接合面粗糙度不大于6.3微米，操縱桿接合面要低于3.2微米。

（4）螺紋隔爆結構參數需滿足螺紋精度不低于3級，螺距不小于0.7mm，螺紋咬合扣數，深度需滿足《3836-2010》標準且具有防止自動松脫措施。

（5）隔爆接合面使用的緊固螺釘是為了保證隔爆參數要求與可靠性要求的重要組成部分，螺栓螺釘，螺母材質不能使用塑料及輕合金且必須以彈簧墊圈放松脫，在緊固狀態(tài)下避免過大扭力緊固螺釘，只要壓平彈簧墊圈即可。不透孔緊固防止應預留2倍彈簧墊圈厚度的螺紋余量，以保證彈簧墊圈遺失后螺釘螺栓依舊可以緊固隔爆面，但已盡快補齊彈簧墊圈以保安全。不透螺孔不需保證其底部到腔體內厚度不小于螺釘螺栓直徑的1/3，最小值為3mm.隔爆外殼表面螺栓螺釘尾部要求保護，埋入護圈內或者外殼表面，防止碰撞造成破壞。

（6）隔爆接合面磷化處理之后使用防銹油使其防止隔爆面生銹破壞粗糙平整度，并且減小隔爆面間隙值。對于在運行中容易產生電火花類的隔爆性電氣設備應采取鎖緊裝置保護，設置警示標牌“嚴禁帶電開蓋”，“先斷電后開蓋”提醒警示。

4.結束語

綜上所述，在用于煤礦井下有爆炸性危險場所的隔爆型電氣設備，由于考慮其使用環(huán)境的特殊性和復雜性，危險性，不僅要求其產品外殼具備隔爆型、耐爆性以及一定安全的機械強度。還要做好隔爆型電氣設備的日常維護和失爆防治工作，才能更好地發(fā)揮隔爆型電氣設備的性能，促進礦上機電一體化進程的持續(xù)性。

[1]孫繼平．《煤礦安全規(guī)程》電氣部分修訂意見[J]．工礦自動化,2014(4):3-5．

[2]GB3836-2010爆炸性環(huán)境．第1部分：設備．通用要求．GB3836-2010爆炸性環(huán)境．第2部分：由隔爆外殼“d”保護的設備[S]．

[3]楊捷．隔爆外殼“d”結構間隙標準化探討[J]．當代化工,2017(3):163-166+170．

[4]劉開元．礦用隔爆電氣設備的安全性能分析[J]．山西焦煤科技,2014(s1):131-132．

莫海峰（1984—），男，漢，甘肅蘭州人，大學本科，現供職于天地（常州）自動化股份有限公司，研究方向：礦用電氣設備隔爆設計。