煤礦區防爆監控設備設計安裝與施工

　　據報道，“十二五”期間，我國將形成10個(gè)億噸級、10個(gè)5000萬(wàn)噸級特大型煤炭企業(yè)，全國煤礦采煤機械化程度達到75%以上，十二五規劃還將煤礦企業(yè)的數量目標控制為4000家。到2015年，30萬(wàn)噸以下的小煤礦產(chǎn)量將減少為5億噸，占全國煤炭總產(chǎn)量的13%。煤炭總產(chǎn)量將達到36-38億噸，大型煤礦占25億噸，將從“十一五”期間56%提高到66%，大型煤礦成為產(chǎn)煤主導。由此可見(jiàn)，我國煤炭工業(yè)將迎來(lái)一個(gè)繁榮時(shí)代。然而，任何產(chǎn)業(yè)的持續發(fā)展都是利弊共存的，煤炭產(chǎn)業(yè)亦是如此，在產(chǎn)業(yè)繁榮的背后同樣隱藏著(zhù)諸多尷尬。除了環(huán)境污染外，煤礦安全事故頻發(fā)也備受關(guān)注。

　　煤礦安全問(wèn)題與安全措施要求發(fā)展

　　國家煤監局早在2010年11月宣布，建設完善煤礦井下安全避險“六大系統”的確定時(shí)間表，將分區分階段在全國范圍內煤礦快速推動(dòng)，各省地區煤礦井必須在規定期限內完成這“六大系統”安全避險工作。即在2011年底前，所有煤礦必須完成監測監控系統、壓風(fēng)自救系統、供水施救系統、通信聯(lián)絡(luò )系統、井下人員定位系統和井下緊急避險系統以及礦井監測監控、壓風(fēng)自救、供水施救和通信聯(lián)絡(luò )系統的建設完善工作，國內重點(diǎn)煤礦必須完成井下人員定位系統建設工作，所有國有煤礦、天然氣瓦斯礦井及重點(diǎn)煤礦中的高瓦斯和容易自燃煤層的開(kāi)采礦井，都必須在2012年6月前完成緊急避險系統的建設工作，而其它煤礦也必須在2013年中前完成緊急避險系統的建置。

　　煤礦安全的建置內容包括礦井監測監控系統、井下人員定位系統、井下緊急避險系統、礦井壓風(fēng)自救系統、礦井供水施救系統及通信聯(lián)絡(luò )六大系統，其中各個(gè)系統皆對應不同程度的安全隱患。因而，在施工建置一套良好的安全監控系統時(shí)，就必須了解各類(lèi)安全隱患及煤礦地質(zhì)結構環(huán)境。此外，煤礦系統的監控類(lèi)型區分也至關(guān)重要。一般來(lái)說(shuō)，煤礦安全監控可分為井下的安全監控和井上安全監控。因煤礦井下作業(yè)深入地表內層，地質(zhì)及地層結構相對復雜，而且環(huán)境潮濕溫熱、空氣質(zhì)量惡劣，由此非常容易發(fā)生安全事故。當前，為了有效地發(fā)揮六大安全系統作用，各地煤礦局已經(jīng)開(kāi)始通過(guò)采用各種遠程視頻監控系統，實(shí)現地面對井下情況實(shí)時(shí)視頻及數據狀態(tài)直觀(guān)的掌握，不但可以記錄發(fā)生在礦井下工作現場(chǎng)視頻及氣體數值情況，還能及時(shí)發(fā)現井下隱患，避免發(fā)生礦難。而這六大系統應用上的安裝施工細節也極為廣泛，由于篇幅關(guān)系，筆者在此僅就煤礦視頻安全監控防爆措施部分分享個(gè)人拙見(jiàn)，以期與諸位共進(jìn)。

　　煤礦安全監控設備的防爆要求

　　據統計，國內目前煤炭產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的40%左右，位居世界第一，煤礦安全事故及傷亡人數同樣名列前茅。僅在2010年上半年，中國共發(fā)生一次死亡10人以上重特大事故45起，死亡和下落不明764人，同比去年增加12起、266人，分別上升36.4%和53.4%。在這些事故中，尤以瓦斯爆炸、煤礦巖層坍塌、巖壁涌水等居多。從安全防范角度看，礦難的出現究其根源不外乎煤礦安全監測設備不足、設備管線(xiàn)防爆性能不符規標準以及人為監控管理方式落后。因而，如何合理應用安防設備防止煤礦爆炸，為煤礦安全監控提供了良好的安全保障意義重大。

　　通常，煤礦的監控設備必須考慮防爆的可能性。設備裝置的機構組成、施工特點(diǎn)及布線(xiàn)，都會(huì )因為煤礦內存在易燃、易爆的氣體或液體而可能引發(fā)爆炸。此外，開(kāi)采設備的高溫混合現場(chǎng)有害氣體也有可能造成煤礦爆炸。以監控系統來(lái)說(shuō)，防爆監控施工首先要排除由于監控系統的運行而引發(fā)的氣爆與燃爆，其次要根據煤礦井內外現場(chǎng)可能易燃易爆物的特性來(lái)選擇監控防爆箱的等級及材質(zhì)。目前煤礦井外可能易燃易爆物主要有以下幾種：汽油、柴油、液態(tài)烴、清潔汽油、甲烷以及現場(chǎng)可能出現一些硫化氫、CO等有害氣體。這些煤礦區易燃易爆物按照爆炸性物質(zhì)的基本分類(lèi)，屬于Ⅱ類(lèi);按照爆炸性混合氣體分級，基本屬于A(yíng)級;按照爆炸性氣體引爆溫度分級，分別屬于T1、T2、T3級。所以監控設備的防爆形式安中國國內規定可以參考下列認證來(lái)選型。由于相對應有太多國際兼容的認證因此在認識防爆兼容性上一定要了解以下認證標準的內容，才能確保防爆施工的應用合格。

　　防爆公用標示——國際電工委員會(huì )(IEC)簡(jiǎn)用“Ex”或是用歐洲電工委員會(huì )簡(jiǎn)稱(chēng)“EEx”。防爆型式標示：隔爆型用“d”;充油型用“o”;增安型用“e”;無(wú)火花型用“n”;正壓型用“p”;澆封型用“m”;充砂型用“q”;特殊型用“s”;本質(zhì)安全型用“i”，還細分為“ia”和“ib”級。

　　依設備環(huán)境區分：I類(lèi)、II類(lèi)。

　　依氣體類(lèi)別區分：A、B、C。

　　溫度高低區分wei T1至T6。

　　例如Ex d II C T3，表示隔爆型防爆設備，可應用于II類(lèi)爆炸性氣體環(huán)境，C氣體組，溫度組別T3依此類(lèi)推。

　　煤礦防爆監控設備選型事項

　　由于存在電壓低、電流小、功率小、頻率高等特性，視頻監控在煤礦安全監控中應用必須考慮在防爆要求下的光線(xiàn)變化、視頻傳送效果穩定度和可靠性等。通過(guò)高危環(huán)境現場(chǎng)的低照夜視攝影機設備，不僅需要監視煤礦井上井下運行狀態(tài)，而且要提供高畫(huà)質(zhì)的視頻圖像。因此在防爆要求下，煤礦監控設備的設計與選型就更加重要。使用防爆裝置主要是使攝影機、鏡頭、云臺等電器設備在煤礦井上或井下危險環(huán)境中不會(huì )引起燃燒甚至爆炸。通常這些設備都必須具備相當厚度的鑄鋁或不銹鋼制成堅固的防內壓爆炸的外殼，所以在施工安裝上必須注意選擇以下條件產(chǎn)品在煤礦視頻監控中使用，這些設備包含：

　　內壓防爆型防護罩

　　采用內壓防爆原理，使用一定厚度的鑄鋁或不銹鋼做成的防護罩，窗口玻璃采用鋼彈材質(zhì)玻璃，同時(shí)具有抗爆功能，內壓防爆通常具密閉性所以要采用的攝像機必需能耐較高工作溫度，同時(shí)保護罩體必須要耐腐蝕的能力。至于其他附件安裝，除內部加熱除霧等設備外，其余的皆可省去，以免適得其反。

　　內壓防爆型云臺

　　至于回轉云臺部分，由于本身具有啟動(dòng)馬達電路功能，起定電流可能產(chǎn)生火花，因此在外殼上防爆云臺必須要選擇密閉度高且是鋁或不銹鋼金屬材質(zhì)，而且要能耐酸堿腐蝕及厚度具有一定承受耐內壓爆炸的能力?；剞D云臺雖然體積大，但在制高安裝要求下，重量與體積都是對工程人員一大挑戰。

　　監控設防爆接線(xiàn)箱

　　礦區所用監控防爆控制箱與一般設備接線(xiàn)設備的不同。從纜線(xiàn)的連接、分配到裝入前端光纖或網(wǎng)絡(luò )傳輸設備，從控制接收器、總電源開(kāi)關(guān)到漏電斷路保護器以及避雷器或突波吸收等設備，皆與防爆控制箱相關(guān)聯(lián)。加上這些設備又易引發(fā)氣燃氣爆，因此防爆接線(xiàn)箱的材質(zhì)及厚度尤為重要。一般而言，大小尺寸需求，必須將所有設備放入后模擬接線(xiàn)空監及接頭轉折順暢才算可以采用，不然因為省成本而采用空間過(guò)小的終端設備箱，反而會(huì )造成設備溫度過(guò)高接頭脫落。

　　煤礦防爆監控設備的設計施工

　　對煤礦防爆監控設計，除了按依照防爆監視監控系統設計規范以外，也可參考我國在防爆部分制定了的爆炸性環(huán)境電氣和應用設計標準，其中GB50198-94、GA/T70-94 、GB/T15411-1994、 GB/T13953-1992特別值得關(guān)注。設計煤礦防爆安全監控時(shí)，應根據井下及井上所釋放危險源的類(lèi)別、級別和物質(zhì)的特性、環(huán)境情況等因素等來(lái)決定設計與安裝施工的內容，因此我們也有必要對煤礦安全監控在施工與安裝上進(jìn)行一番了解與認知。

　　煤礦監控設備的防爆施工安裝注意事項

　　如圖1所示，煤礦在監控防爆施工安裝注意事項上主要包括以下幾點(diǎn)：

　　· 攝影機一定要保護在防爆保護罩內，保護罩也應根據環(huán)境需要具備一定防爆等級;

　　· 處于防爆需求，紅外線(xiàn)LED照明攝影機來(lái)不適合作為井下低光源夜視監看;

　　· 在煤礦防爆區，所有的管線(xiàn)除了接地線(xiàn)所用的管線(xiàn)及埋入地下的管線(xiàn)外，其余一切管路必須采用金屬鍍鋅鋼管來(lái)配置;

　　· 若為回轉式攝影機也必須是采用防爆式云臺或一體式防爆結構才可以;

　　· 無(wú)論是井外還是井內，攝影機都必須加裝設接地線(xiàn)，以免漏電所產(chǎn)生的電流引發(fā)然爆或氣爆;

　　· 防爆管路必須要設置有泄水裝置，以免冷凝作用使管內積水造成管壁腐蝕;

　　· 金屬防爆管與金屬鍍鋅管接續處不需采用防爆隔離接頭(DRAIN)，并填入防爆隔離膠合劑(或稱(chēng)防爆管沙填充劑)，防爆管沙填充劑填入管入至少表有45厘米(18英寸)的長(cháng)度填滿(mǎn)才具防爆效力隔離，才能防止管內線(xiàn)路短路造成火花爆炸;

　　· 設備與金屬鍍鋅管或軟管接續處需用防爆隔離接頭隔離;

　　· 防爆區與非防爆區管路接續也必需用防爆隔離接頭隔離(圖2);

　　· 所有進(jìn)入設備的管路盡量從設備或防爆箱下方進(jìn)入施工，以免造成管路松脫或進(jìn)水;

　　· 電力動(dòng)力線(xiàn)與視頻信號及避雷接地線(xiàn)都必須分管配置以免產(chǎn)生回火以置設備受損或產(chǎn)生爆炸;

　　· 防爆終端設備接續箱內的接頭必須是可以鎖扣式或有螺絲端子固定方式，以免線(xiàn)路脫落，尤其是電源部份以致造成火花爆炸;

　　· 攝影機終端防爆箱的像門(mén)大部分都是以螺絲固定，在設備完成調校后必須一順時(shí)會(huì )逆時(shí)鐘方向，逐一將固定螺絲上緊以平衡箱蓋壓力，避免密閉不良而漏氣產(chǎn)生氣爆;

　　· 系統接地必須采用一點(diǎn)接地方式。接地應采用銅質(zhì)線(xiàn)，不得形成封閉回路，同時(shí)不得與大電流的電力接地混接;

　　· 防爆監控系統得采獨立接地裝置時(shí)，其接地電阻不得大于4Ω(參考國家規定);

　　· 若在煤礦井內采用光纜傳輸，各井坑道上的光端機外殼應接地，且最好跟分監控點(diǎn)的設備如攝像機等一起并聯(lián)接地。若坑井中纜線(xiàn)架有接續也應做好每個(gè)線(xiàn)槽連結接地以確保安全;

　　· 煤礦區最容易遭受雷擊的設備要屬前端攝像機，若是架設在井外，設備必須加裝避雷針。

　　以上是煤礦安全監控在施工安裝上所要注意事項與措施。由于一般煤礦井下都會(huì )充滿(mǎn)甲烷、煤塵爆炸等危險因素，因此也有部分礦區嘗試無(wú)線(xiàn)傳輸，移動(dòng)式監控系統也在開(kāi)始進(jìn)入煤礦安全監視中。視頻信號和攝像機電源共纜傳輸，攝像機本身帶有超高亮度LED白光燈，適合在礦井下照明條件不良或無(wú)光照環(huán)境下使用，在低照度情況下可拍攝出清晰的圖像，使得煤礦安全監視得以更安全的應用于煤礦最深處掘進(jìn)面工作區域，為礦井下安全監控提供更廣闊性的安全保障。至于煤礦安全監控數字化，目前也有部分煤礦場(chǎng)在透過(guò)交換機的連結組成局域網(wǎng)絡(luò )，及透過(guò)以既有雙絞電纜和以太網(wǎng)交換機組成的煤礦場(chǎng)區局域網(wǎng)，或利用光纖以太網(wǎng)交換局域網(wǎng)絡(luò )，使得煤礦安全監控也得已在施工安裝階段上逐步進(jìn)入全IP網(wǎng)絡(luò )化領(lǐng)域。

　　結語(yǔ)

　　實(shí)現煤礦安全生產(chǎn)的目標離不開(kāi)礦區安全防范的建置，但在礦區這一特殊監控環(huán)境下，安防設備的執行必須滿(mǎn)足防爆要求。煤礦防爆要求應是所有煤礦六大安全系統的共同基本的條件，但因煤礦井下的環(huán)境變化實(shí)在難以完全掌控，所以唯有不斷改進(jìn)視頻監控系統的施工安裝方式及條件，如此才能順利在防爆條件限制下發(fā)揮更強的監控效能。