提高煤礦供電安全可靠性的探討

莊永順 張曉宇

（山西魯能河曲電煤開發(fā)有限責任公司 上榆泉煤礦，山西 忻州 036504）

煤礦是我國重要的礦產(chǎn)資源，不僅對我國經(jīng)濟的發(fā)展起著至關重要的作用，還是工業(yè)生產(chǎn)中必不可缺的重要能源。由于煤礦大多深埋地下，這就需要礦工深入到地底進行煤礦的挖掘，礦井自身具有一定的封閉性，雖然有排風口，但是依舊存在較大的作業(yè)隱患,尤其是在供電系統(tǒng)方面。煤礦的開采需要完善的煤礦供電系統(tǒng)，為礦工的地下作業(yè)提供照明條件,然而井下作業(yè)的方式，存在較多的易燃易爆的氣體，極易發(fā)生礦井事故。

一、煤礦供電系統(tǒng)的作用和要求

煤礦中的供電系統(tǒng)主要的作用有幾個方面:首先是要用于通風,以避免由于煤礦粉塵導致環(huán)境污染以及地下礦井缺氧等問題,另外需要關注的一點是,如果地下礦井超過10分鐘沒有進行通風,就極易引起粉塵爆炸,這也是供電系統(tǒng)需要保證礦井下通風狀況良好的一大原因之一;其次需要用于運輸,這種運輸主要包括煤礦資源和使用的開采工具設備的運輸兩個方面;另外也需要用于排水設備的供電、照明等工作,這些都需要電力系統(tǒng)的維持。這就導致了煤礦的供電系統(tǒng)有著很高的要求,在進行供電運輸時,不僅需要能夠用于應急處理的兩套供電系統(tǒng),更要求供電的系統(tǒng)擁有能夠滿足礦井內(nèi)諸多設備的負載要求。另外,兩套供電系統(tǒng)中,不能出現(xiàn)太大的差別,絕不可以出現(xiàn)副供電系統(tǒng)無法承擔礦井下所有機械設備的負荷能力的情況,這是由于這種狀況有可能導致礦井下短路出現(xiàn)火花,而在充滿煤炭粉塵的礦井下出現(xiàn)火花,會直接導致出現(xiàn)火災甚至爆炸,從而出現(xiàn)極為嚴重的安全事故。

二、煤礦供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

（一）對供電電源的不合理使用

煤礦的日常生產(chǎn)作業(yè)活動需要大量的設備做為基礎的保障，常用的設備，如立井提升機、通風機、主排水泵等機械設備都屬于一類負荷，這對于煤礦的供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性有著較高的要求。一般情況下，在礦井中會設置雙回路的電源線，這樣一旦某一線路出現(xiàn)故障，另一路可以承擔全部的負荷，保證礦井供電的穩(wěn)定性。國家針對礦井的供電系統(tǒng)也有著法律方面的明確規(guī)定，要求礦井中應該具有兩個或者兩個以上的來自不同電網(wǎng)的電源線，以此來保證煤礦生產(chǎn)設備的有效運轉(zhuǎn)。但是在實際的煤礦生產(chǎn)活動中，存在許多的企業(yè)對于礦井的開采，并沒有嚴格按照國家的規(guī)定進行電路的設置，還有一部分礦區(qū)自備發(fā)電機，雖然也是采用兩回路的電源，但是由于處于同一的變電站，一旦變電站出故障，兩個線路回路將同時失效，無法保證礦井供電的穩(wěn)定性。

（二）主變壓器容量不足

目前井下的負荷容量遠遠大于供電系統(tǒng)所設計的容量，從而使得主變壓器長期處于一個低效的運行，不但降低了供電系統(tǒng)的可靠性，還降低了供電質(zhì)量。并且隨著長期這種負荷的運行，也很容易使得變壓器出現(xiàn)邊緣老化、供電電纜發(fā)熱等問題，引發(fā)煤礦爆炸的現(xiàn)象，不但威脅著礦工的生命，還給煤炭開采業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失，還影響著煤炭企業(yè)的社會聲譽。

（三）諧波的干擾

礦井地下作業(yè)運用到的大型設備，例如主井提升系統(tǒng)，其在復雜的地下環(huán)境中，受到環(huán)境的影響，這些大型機電設備會產(chǎn)生諧波，而這些諧波會與電網(wǎng)產(chǎn)生電磁波的相互干擾作用，這就容易導致電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，進而影響到設備的正常使用。針對于礦井存在的諧波干擾，變頻技術已經(jīng)開始運用到礦井的供電系統(tǒng)之中，以此來減少諧波帶來的干擾。

（四）人為操作失誤導致

人為因素也是影響到供電系統(tǒng)安全的重要因素之一，由于操作人員的安全意識以及專業(yè)技能較低，未嚴格按照礦井地下作業(yè)的規(guī)章制度以及機械設備的正常操作流程進行操作，這種違規(guī)操作的行為，存在極大的安全隱患，容易導致因為人為操作失誤出現(xiàn)觸電或者產(chǎn)生火花進而引發(fā)爆炸等嚴重的后果。

（五）煤礦礦井供電系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)水平較低

目前有很多煤礦企業(yè)由于技術水平和資金能力的有限，為供電系統(tǒng)配備的監(jiān)測系統(tǒng)水平比較低，無法實時地在線監(jiān)測井下供電情況，因此使得井下供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息無法及時地反饋到地面。并且也會使得電力調(diào)度人員無法在第一時間了解井下供電系統(tǒng)的運行狀況，也無法就即將發(fā)生的安全隱患及時地做出補救，由此導致事故的發(fā)生，不但威脅著礦工的生命，還給煤礦開采企業(yè)帶來經(jīng)濟上的損失。

三、提高煤礦供電安全可靠性的對策

（一）構建合理的煤礦井下供電結(jié)構

構建可靠、合理的煤炭井下供電結(jié)構是保障煤炭作業(yè)人員安全最根本的方法。根據(jù)煤炭的供電電源，提出了以下多種方案：1.為了確保煤炭供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，地下井礦應設有2組電源，同時電源應來自不同的變電站或者屬于同一變電站的不同主線，以此來保障在一條線路上出現(xiàn)故障時，另一條線路可以正常供電2.地下礦井的電源電路總線上不能再增加任何分支電路。3.地下礦井主通道一定要通風，而且還要完善供電段的排水系統(tǒng)。對于環(huán)境較差的煤炭礦井，還要安裝一定數(shù)量的備用電源。當然，還要保障備用電源在使用過程中電流的持續(xù)供應。4.為了保障礦井區(qū)的供電安全，要在礦井區(qū)安裝避雷設備且做好保護措施，并對安裝的設備進行定期維護。

（二）煤炭電氣設備的安全保障措施

1.外觀檢查。煤炭工作人員通過觀察就能發(fā)現(xiàn)的問題有以下幾個：①由工作人員的經(jīng)驗判斷設備的外部是否有破損，是否有灰塵、水漬、油污以及設備的腐蝕情況。②設備外露零部件銜接點有無變色現(xiàn)象。當出現(xiàn)此類情況時，要重點排查設備的散熱、升溫情況以及零部件之間的銜接情況，比如是否存在接觸不良的情況。③對于電路，要重點檢查電壓、三相電流的平衡交互情況，顯示儀表電源的指示與電壓的變化情況。如果儀表指示較大，說明設備有軸承磨損、超負荷運載的情況；如果儀表指針處于靜止狀態(tài)，說明設備很有可能存在電壓較低、斷電、轉(zhuǎn)距偏小、負荷較大等情況。2.使用聽覺判斷。作為一名經(jīng)驗豐富的設備維修人員，通過聲音判斷設備的運轉(zhuǎn)情況是非常便捷的維護方式。維修人員可以借助聽診棒聽設備運轉(zhuǎn)時發(fā)出的聲音，然后判定故障的原因。當聽到機械設備之間的摩擦聲、軸承的磨損聲、運轉(zhuǎn)噪聲過大等情況時，就可以判定故障的分類情況。一般情況下，故障主要分為以下2類：①電路方面。引起噪聲的原因主要是單向運轉(zhuǎn)、擊穿、繞組短路、電壓不平衡、加速性能受阻等。②機械設備方面。引起噪聲的原因是銜接螺絲松動、設備不平衡、軸承運轉(zhuǎn)不靈活、聯(lián)動軸的連接錯誤等。無論是出現(xiàn)第一類噪聲問題，還是出現(xiàn)第二類噪聲問題，都應該在第一時間予以處理。3.用嗅覺發(fā)現(xiàn)問題。在定期維護設備的過程中，工作人員通過鼻子聞能發(fā)現(xiàn)機械設備的焦糊味、油煙等，究其原因有潤滑油缺少、設備過熱、軸承磨損、繞組燒毀或擊穿等。同時，對于經(jīng)驗豐富的維護人員來說，可以通過異味的程度判定設備的破損程度。4.接觸電動機的外表面。通過接觸設備的外表面可以直接感受到設備的溫度以及震動情況。如果溫度過高，則說明設備的散熱功能出現(xiàn)異常，進行缺相運轉(zhuǎn)、設備啟動異常、零件有卡住的現(xiàn)象等。當然，受主觀條件的限制，有時人們的實際感覺并不完全與設備外殼表面的溫度相一致。因此，在實際的設備維修過程中，要科學地應用此方法，并作必要的比對。

（三）煤炭開采電氣設備的防爆措施

井下電氣設備內(nèi)部發(fā)生瓦斯爆炸時，產(chǎn)生的壓力不足以沖破外殼，同時縫隙中逃逸出的火焰會因為外表面的冷卻效應而快速冷卻下來，從而使得火焰很難觸及外殼以外的煤塵及瓦斯，從而使得爆炸的危險程度降到最低。使用安全電路，在煤炭井下安裝的電路要同時滿足通訊、信號、遙控自動化及測量系統(tǒng)的工作。當井下出現(xiàn)突發(fā)情況時，要使得供電線路自動切斷電源，從而保護礦井下使用的各種大型設備。

（四）供電設備的實時運營情況及日常保養(yǎng)

1.實時監(jiān)控設備的運行情況。在設備的運行過程中，要及時監(jiān)控設備的運轉(zhuǎn)情況，從而及時發(fā)現(xiàn)設備出現(xiàn)的問題并予以解決。同時，設備維修人員要有豐富的設備理論知識，對各個零部件的組裝和使用情況要非常的了解，從而更好地判斷設備各個零部件是否存在磨損、腐蝕、掉漆、水漬侵蝕、污垢黏連等情況。另外，還要重點排查電路情況，盡量將故障損失降到最低。2.要做好供電設備的日常保養(yǎng)和維護。在設備的日常運轉(zhuǎn)過程中，要定期進行設備的保養(yǎng)和維護，從而避免因非人為原因而造成意外事故。這樣做還能夠有效延長設備的使用壽命，從而在一定程度上提高設備的工作效率。當然，在設備的運轉(zhuǎn)過程中，要及時清理外表面的灰塵、油污，還要盡量避免設備的長時間高速運轉(zhuǎn)，對于不經(jīng)常使用的設備，要使其處于休眠或斷電的狀態(tài)。

（五）提高煤礦供電系統(tǒng)的可靠性

當供電系統(tǒng)處于低壓狀態(tài)時，要選擇分級以及部分斷電的技術，從而確保煤礦井下供電設備的正常供電，同時也為在煤礦開采過程中使用的設備提供足夠的供電量，以此來構建完善的供電系統(tǒng)，進而防止因違規(guī)操作而導致漏電情況的發(fā)生。

總之，在煤礦這一特殊的環(huán)境中,供電系統(tǒng)本身非常重要,卻往往由于過于復雜的供電環(huán)境和礦井下的特殊之處,而導致供電系統(tǒng)的安全性和可靠性很難得到保障。本研究根據(jù)煤礦供電系統(tǒng)的要求,分析煤礦供電過程中具有的超載運行情況、管理不安全狀態(tài)、供電電源不合理等問題,為提高煤礦供電安全可靠性,通過采取保護措施、加強物料人員管理、完善供電結(jié)構,同時也可以引進能夠保障煤礦供電安全的新設備,強化供電系統(tǒng)的可靠性,為保證煤礦礦井工作的安全提供可靠的保障。