淺析煤礦井下雜散電流的危害及防治方法

王占奎

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦分公司，山西 高平 048400）

1 雜散電流的概念和產(chǎn)生條件

1.1 雜散電流的概念

不在既定的電路中流動的電流稱為雜散電流。當(dāng)電流流經(jīng)電路時，有少量電流從電路中逸散出來，流到了電路之外的其他設(shè)備或者流到了與電路接觸的土壤之中最后回到交變所，這部分電流就稱為雜散電流。

1.2 雜散電流的產(chǎn)生條件

電路中會產(chǎn)生雜散電流，尤其是煤礦井下的直流驅(qū)動電機(jī)車電路，由于鐵軌與土壤接觸，不可避免地會產(chǎn)生雜散電流。

根據(jù)物理電學(xué)，要產(chǎn)生電流，就必須有電位梯度，存在電場，使得電子或離子開始運(yùn)動。當(dāng)鐵軌與土壤之間存在電位梯度時，部分電流就會從鐵軌流入到與之接觸的土壤，再流回變電所的負(fù)極。由此，雜散電流形成的兩個原因是電位梯度和電流泄漏。如果電路范圍內(nèi)存在電位梯度，導(dǎo)致電場不是均勻地分布于電路，不均勻電場驅(qū)動自由電子移動，產(chǎn)生雜散電流。有的埋地管道絕緣線做的不夠好，或者時間長了發(fā)生腐蝕，導(dǎo)致絕緣性能下降，這時，一部分電流從導(dǎo)線中流到埋地管道，形成雜散電流。

2 雜散電流的危害機(jī)理探究

雜散電流是正常電路中逸散的多余的電流，這部分電流通常會對正常生產(chǎn)造成不可控的負(fù)面影響。最直接的危害是對電纜的腐蝕，另外由于雜散電流可能產(chǎn)生電火花，對于瓦斯礦井來說，這是非常危險(xiǎn)的。雜散電流的危害多種多樣，且一旦產(chǎn)生危害，便會產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失甚至發(fā)生事故伴隨人員傷亡。雜散電流的危害有如下幾點(diǎn)：

2.1 雜散電流的腐蝕性

（1）雜散電流會腐蝕走行軌。由于走行軌不可能完全絕緣，必然會有部分電流流到土壤中形成雜散電流，這部分電流會對軌道產(chǎn)生腐蝕，這種腐蝕在隧道或者岔道等地點(diǎn)最顯著。

（2）雜散電流會腐蝕煤礦井下的電纜。電纜容易產(chǎn)生雜散電流，易被腐蝕。

（3）雜散電流會破壞鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，究其原理，也是由于雜散電流對金屬的腐蝕作用造成的。鋼筋混凝土中電流流入端的鋼筋可看作陰極，流出端看作陽極，陰極會發(fā)生析氫反應(yīng)，陽極會發(fā)生腐蝕生銹。由于陰極的析氫反應(yīng)產(chǎn)生氫氣聚集在鋼筋周圍無法排出，產(chǎn)生一定的氣壓，使得鋼筋脫離混凝土；陽極的銹蝕會使得鋼筋體積增大，撐裂鋼筋混凝土，陰陽兩極的鋼筋就以這種方式被雜散電流腐蝕，進(jìn)而造成混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。

2.2 造成電雷管早爆現(xiàn)象

一般電雷管的引爆電壓是1～1.5V，而煤礦井下的雜散電流很容易達(dá)到300mA，這會使得軌道與大地或者電纜與大地之間的電壓達(dá)到1.5V甚至更高，若此時電雷管正好安裝在附近，且其放炮導(dǎo)線與電纜或者軌道接觸了，另一根接地，就很容易引起電雷管的爆炸，從而導(dǎo)致井下爆炸事故，嚴(yán)重危害到礦工生命安全。

2.3 引起礦井瓦斯或煤塵爆炸

雜散電流通過的路徑多樣化，有的在導(dǎo)軌與鋼絲之間流過，此時由于尖端放電效應(yīng)，容易產(chǎn)生電火花，可點(diǎn)燃瓦斯或者煤塵，從而引發(fā)爆炸，造成礦井設(shè)施毀壞或人員傷亡。

2.4 干擾通信設(shè)備和電氣設(shè)備的正常工作

雜散電流產(chǎn)生的電磁場會形成雜波，干擾周圍的通信設(shè)備，使其不能正常接收信號，比如造成陰極保護(hù)電位儀報(bào)警，產(chǎn)生誤動作。

雜散電流經(jīng)過繼電器時，與原來的電流合并，使得電流比理論上的更大，導(dǎo)致漏電保護(hù)裝置判斷失誤，自動斷電，這就是誤動作的形成機(jī)理。

3 雜散電流的防治方法探究

雜散電流在生產(chǎn)中不可完全杜絕，但是可以通過各種方式進(jìn)行削弱或者預(yù)防，減輕雜散電流造成的危害。因此對雜散電流的防治工作要從“削弱”和“預(yù)防”兩方面著手。

3.1 削弱雜散電流

在煤礦井下的雜散電流應(yīng)該保持在一定的電流閾值之內(nèi)，保證生產(chǎn)的安全，具體根據(jù)《煤礦井下牽引網(wǎng)絡(luò)雜散電流防治技術(shù)規(guī)范》規(guī)定地點(diǎn)的雜散電流值應(yīng)不大于60mA。

研究發(fā)現(xiàn)，要削弱雜散電流，可以通過以下幾種方法：

（1）在煤礦井下架設(shè)電線時，每隔500m就設(shè)置絕緣開關(guān)。對于雙弓電機(jī)車，架線要設(shè)置兩個絕緣處，間距大于電車雙弓之間的間距。

（2）嚴(yán)格按照規(guī)范架設(shè)電線，每個礦井都要設(shè)置單獨(dú)的直流供電系統(tǒng)，不可一對多的供電；牽引變流所的正極饋電線接架線，負(fù)極經(jīng)回電線接軌道，當(dāng)有多個牽引變流所同時供電時，要用同極相連的方式連接。

（3）電機(jī)車運(yùn)行時牽引網(wǎng)絡(luò)的電壓降不得超過電機(jī)車額定電壓20%。

（4）減小供電半徑，一般牽引變流所的供電半徑不宜超過1.5km。隨著供電半徑的增加，雜散電流也隨著增大，因此減小供電半徑能有效降低雜散電流。

（5）在架設(shè)軌道時，在兩根軌道的連接處是電阻最大的地方，也是最易產(chǎn)生雜散電流的地方，使用扁鋼焊接，能減少軌道電阻，從而削弱雜散電流。

3.2 預(yù)防雜散電流

圖1 雜散電流測量儀的連接方法

預(yù)防也是治理的一種有效方式，也能在一定程度上降低雜散電流造成的安全事故。在煤礦井下作業(yè)中，安裝雜散電流測定儀與礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通過監(jiān)測結(jié)果來判斷雜散電流是否超標(biāo)，一旦發(fā)現(xiàn)雜散電流超標(biāo)，應(yīng)立即采取應(yīng)急措施。

圖1為牽引電網(wǎng)的雜散電流儀的連接方法，這樣連接能有效減少誤差。

4 結(jié)語

雜散電流是煤礦井下作業(yè)電路中常見的安全隱患，在驅(qū)動電機(jī)車的架線電路的直流電路以及其他設(shè)備的交流電路中都會產(chǎn)生雜散電流。雜散電流會造成金屬腐蝕，引爆電雷管以及產(chǎn)生電火花引燃瓦斯產(chǎn)生爆炸等危害。防治雜散電流要 “削弱”和“預(yù)防”結(jié)合，可以通過科學(xué)的布線方式和減小線路中的電阻來削弱雜散電流，通過安裝雜散電流測定儀來實(shí)時監(jiān)控雜散電流的大小，防患于未然。