煤矿机电安全管理 华 北 科 技 学 院 中国煤矿安全技术培训中心 张 全 柱 TeL: 010-61594884转8026, 15930613024 E-mail: qzhzhang@ncist.edu.cn, zhangquanzhu1965@126.com

自我简介 研究方向 1983，9—1987，7 西安交通大学电气工程系工业电气自动化专业读大学。 1983，9—1987，7 西安交通大学电气工程系工业电气自动化专业读大学。 1987，9—1990，6 西安交通大学电气工程系工业电气自动化专业读硕士研究生。 1993，9—1997，3 北京交通大学电气工程系铁道牵引电气化专业读博士学位。 1997，4—1999，3 铁道科学研究院机车车辆研究所从事博士后研究工作，副研究员。 1999，4—2001，3 深圳华为电气北京事业部，任研发部经理。 2001，4—2004，4 武汉铁路电气有限公司工作，任所长，总工程师等职。 2004，4—2007，6 北京交通大学电气工程学院电力电子研究所工作，研究员。 2007，6— 现在 华北科技学院电子信息工程学院，副院长、教授。 研究方向 电力电子与电能变换技术，电力电子与电气传动技术，电力系统供用电技术， 非电量传感与电测量技术，煤矿供用电及电气装备技术。

内容提要 一、矿山机电安全管理的重要性 二、机电管理存在的问题 三、常见机电系统存在的安全隐患 四、矿山机电分类安全用电 1、矿山供电 2、井下用电安全 3、井下电气保护 五、矿山机电安全管理方法（规程）

一、矿山机电安全管理的重要性 矿山机电对于矿井安全生产影响重大 （1）电气火花、失爆是导致瓦斯爆炸事故的重要 因素之一： 电器设备——放电、漏电——失爆产生火花 电气火源类型：带电作业、电缆火花、喷灯、信号照明通讯系统、防爆设备失爆、放炮母线短路、非防爆电气设备、电机车火花、开关冒火、摩擦、静电等。 【典型案例】：辽宁阜新孙家湾煤矿2005年“2.14”特大瓦斯 爆炸事故； 山西屯兰煤矿2008重大矿难事故）。

（2）安全事故中，机电运输事故所占比例较大。 据资料统计，煤矿事故中，机电运输事故 所占比例高达47%左右。 （神华集团大柳塔煤矿机电事故案例！） （3）随着煤矿的现代化建设，矿山机械化程度不 断提高，由此引发的事故也随之增加。

二、机电管理存在的问题（企业层面，8个方面） 1、机电管理职能部门作用没有得到发挥 现场主要抓机电管理、机电生产，主要精力在现场的生产，职能管理作用淡化。 2、对机电标准化作业认识不足。 未能按照《煤矿生产矿井机电专业质量标准化标准进行设备管理。 3、管理不到位。 4、设备存在隐患。

5、技术力量薄弱。 6、机电队伍整体素质较低。 （特别是地方小煤矿） 7、机电培训走过程，达不到培训目的。 8、资金不足，等等。

二、机电技术管理存在问题（业务层面，4个方面） 1、矿井主要机电设备、瓦斯抽采设备，不能有计划的进行设备强检，对其进行检验和测试； 2、没有制定年度大修计划； 3、设备挂牌管理不到位； 4、对矿井机电设备行业安全标准不清楚； 5、技术资料没有归档管理。

三、 常见机电系统存在的安全隐患 ——（4个主要方面） 三、 常见机电系统存在的安全隐患 ——（4个主要方面） 1、供电系统不完善 （1）单电源、单回路供电 （2）中性点接地的变压器向井下供电 （3）井下供电线路未使用检漏继电器（漏电保护器) （4）井下电缆敷设、悬挂不合理 （5）井下电器设备外壳保护接地装置不规范 埋深不够 接地线截面过小。

2、提升装置不符合《规程》要求 （1）提升绞车未按规定定期性能检测 （2）钢丝绳及连接装置未进行检查或检查不到位 （3）钢丝绳有锈蚀现象 （4）钢丝绳作业时不规范（缠绕、运送人、货） （5）提升绞车保护不全，有失效现象（过卷、过速等等） （6）未按要求配备正、副司机。

3、运输系统问题及隐患 （1）井下轨道铺设质量差 （2）井下掘进斜井未设置“一坡三挡”装置 （3）井下机电运输机车未按要求配备安全装备、司 机操作不规范 （4）皮带输送机未进行阻燃试验 （5）井下刮板输送机未设置停止和启动信号装置。

4、信号系统缺陷 （1）井下、井口提升系统信号不全（如缺发光信号） （2）井口井底安全门未与提升信号实现电气闭锁 （3）井口信号房设置不合理。

四、矿山机电分类安全用电 ——（从煤矿电工学的角度认识） 1、矿山供电 2、井下用电安全 3、井下电气保护

末端电压、频率、三相电压平衡性、波形质量等 1、矿山供电 （1）煤矿企业对供电的基本要求: 供电可靠 供电安全 有良好的供电质量 末端电压、频率、三相电压平衡性、波形质量等 有足够的供电能力 供电经济。

（2）电力用户的分类 第一类负荷 （一级、Ⅰ类） 第二类负荷 （二级、Ⅱ类） 第三类负荷 （三级、Ⅲ类）

（3）矿井供电电压等级 电压 应用范围 35 kV 矿井地面变电所受电电压 10 kV 井上、下高压电机及配电电压 6kV 3.3kV 井下综合机械化采区动力 1.14kV 660V 井下低压动力 380V 地面和小型矿井井下低压动力 220V 地面照明 127V 井下照明及手持式煤电钻 36V 井下设备控制及局部照明 250V 直流架线电机车 550V

（4）矿井供电电压规程 《煤矿安全规程》第448条： 井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级，应符合下列要求： 高压：不超过10,000V（10kV）。 (中压）低压：不超过1,140V。 照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压：不超过127V。 远距离控制线路的额定电压：不超过36V。 采区电气设备使用3,300V供电时，必须制定专门的安全 措施。

（5）煤矿供电系统 地面变电所 （一）深井供电系统 井下中央变电所 采区变电所 工作面配电点

（二）浅井供电系统 采区距地表100~200m

《煤矿安全规程》第441条： 矿井应有两回路电源线路。当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。 年产60000t以下的矿井采用单回路供电时，必须有备用电源；备用电源的容量必须满足通风、排水、提升等的要求。 矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷。 正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式，一回路运行时另一回路必须带电备用，以保证供电的连续性。 10kV及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设。 矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。

《煤矿安全规程》第442条： 对井下各水平中央变（配）电所、主排水泵房和下山开采的采区排水泵房供电的线路，不得少于两回路。当任一回路停止供电时，其余回路应能担负全部负荷。 主要通风机、提升人员的立井绞车、抽放瓦斯泵等主要设备房，应各有两回路直接由变（配）电所馈出的供电线路；受条件限制时，其中的一回路可引自上述同种设备房的配电装置。 上述供电线路应来自各自的变压器和母线段，线路上不应分接任何负荷。 上述设备的控制回路和辅助设备，必须有与主要设备同等可靠的备用电源。

《煤矿安全规程》第450条： 矿井必须备有井上、下配电系统图，井下电气设备布置示意图和电力、电话、信号、电机车等线路平面辐射示意图，并随着情况变化定期填绘。图中应注明： 1）电动机、变压器、配电设备、信号装置、通信装置等装设地点。 2）每一设备的型号、容量、电压、电流种类及其他技术性能。 3）馈出线的短路、过负荷保护的整定值，熔断器熔体的额定电流值以及被保护干线和支线最远点两相短路电流值。 4）线路电缆的用途、型号、电压、截面和长度。 5）保护接地装置的安设地点。

（三）采区供电系统

硐室

1）采区变电所高、低压接线方式 图1-a 单电源进线接线方式－ 图1-b 单电源进线接线方式二 图2-a 双电源进线接线方式一

图3 典型低压供电系统图

2）综合机械化采掘工作面的供电 图4 用移动电站供电的接线方式

(a)一面两台局部通风机 (b)两面各一台局部通风机 3）掘进工作面供电的特殊要求 “三专”：专用变压器、专用开关、专用线路； “两闭锁”：风电闭锁与瓦斯电闭锁 (a)一面两台局部通风机 (b)两面各一台局部通风机 图5 “三专”供电系统示意图

2、井下用电安全 （1）触电的的危险性及预防措施 1）触电的危险性 电击 电伤

2）造成人触电危险的主要因素： 极限安全电流：30 mA.s 井下人体电阻：1000Ω 流过人体的电流大小 触电时间的长短 触电电压的高低 电流频率 极限安全电流：30 mA.s 井下人体电阻：1000Ω

3） 触电的一般预防方法 供电系统结构及保护要合理 ①井下配电变压器及向井下供电的变压器或发电机，中性点禁止直接接地。 ②井下电气设备必须有保护接地。 ③井下变电所的高压馈电线及井下低压馈电线，应装设漏电保护装置。 ④供电系统应有完善的过电流保护装置。

防止人身接触或接近带电导体 ①将电气设备的裸露带电部分安装在一定高度，或围以遮拦。如电机车架空导线的高度从轨道平面算起，井下不得低于2米，井底车场不得低于2．2米。 ②井下各种电气设备的导电部分都必须封闭在坚固的外壳中，并在操作手柄和盖子之间设置机械闭锁装置，保证电气设备接通电源后不能打开盖子，盖子打开后，不能接通电源。井下电缆敷设应符合《规程》规定，电缆破损必须及时更换或进行冷、热补。电缆连接须经隔爆接线盒，坚决消灭“鸡爪子”、“羊尾巴”、明接头。 ③各变（配）电所的入口或门口都悬挂“非工作人员，禁止入内”警示牌；无人值班的变（配）电所，必须关门加锁，井下硐室内有高压电气设备时，入口处和室内都应在明显地点加挂“高压危险”警示牌。

（2）降低使用电压 对人员经常接触的电气设备，采用降低的工作电压。例如井下照明、手持式电气设备的额定电压和电话、信号装置的额定供电电压，都不应超过127V，控制回路电压不应超过36V等。 （3）严格遵守各项安全用电作业制度 ①井下不得带电检修、搬迁电气设备。检修或搬迁前，必须切断电源，并用同电源电压相适应的验电笔检验；检验无电并对地放电后，才允许检修或搬迁。放电前必须先检查周围环境的瓦斯，只有当其巷道风流中的瓦斯浓度在1％以下时，方可将导体对地完全放电。

②在切断电源后，应将开关操作手柄闭锁，并悬挂“有人工作，不准送电”的警示牌。只有执行这项停电操作的工作人员，才有权取下此牌并送电。即在进行停送电操作时，必须严格执行谁停电就由谁送电的停送电制度，中间不得换人。严禁采用约时停送电。 ③非专职或值班电气人员，不得擅自操作电气设备；操作高压电气设备主回路时、操作人员必须戴绝缘手套，穿电工绝缘靴或站在绝缘台上；操作千伏级电气设备主回路时，操作人员必须戴绝缘手套或穿电工绝缘靴。 ④ 127V手持式电气设备的操作手柄和工作人员必须接触的部分，应有良好绝缘。 ⑤电工必须经过培训，持证上岗。严禁非电气作业人员操作或摆弄电气设备。严禁醉酒上岗，疲劳上岗。

（4）中性点不直接接地系统 1）中性点直接接地系统存在的问题

2）中性点不接地系统

《煤矿安全规程》第443条： 严禁井下配电变压器中性点直接接地。 严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。

地面低压供电系统为什么要采用中性点直接接地系统？ 3）中性点不接地系统存在的问题 地面低压供电系统为什么要采用中性点直接接地系统？

（5）电气火灾及其预防 短路故障的危害及其预防 过负荷故障的危害及其预防 断相故障的危害及其预防

3、井下电气保护 （1）电气保护装置的任务 （2）井下电气保护的类型（7种） “三大保护” 1）过电流保护。包括短路保护、过流（过负荷）保护。 2）漏电保护。包括选择性和非选择性漏电保护、漏电闭锁。 3）接地保护。包括局部接地保护、保护接地系统。 4）电压保护。包括欠电压保护、过电压保护。 5）单相断线（断相）保护。 6）风电闭锁、瓦斯电闭锁。 7）综合保护。电动机综保和煤电钻（照明）综保等。 “三大保护”

对于主保护Kr≥1.5；对于后备保护Kr≥1.2；对于熔断器保护Kr≥1.5； （3）对电气保护装置的要求 选择性 快速性 灵敏性 动作可靠性 保护范围末端最小两相短路电流 短路保护装置一次动作电流值 对于主保护Kr≥1.5；对于后备保护Kr≥1.2；对于熔断器保护Kr≥1.5；

（4） 矿井低压电网电流保护 井下低压电网短路电流计算 公式法 图表法

（5） 矿井低压电网电压保护 1）欠电压保护 煤矿井下高低压防爆开关都具有欠电压保护功能。 磁力起动器的控制回路就兼有欠电压装置的功能 2）过电压保护 内部过电压保护 主要采用压敏电阻（高压隔爆配电箱）、 阻容吸收装置（馈电开关、磁力起动器）进行防护。 外部过电压保护 主要采用避雷针、避雷器、接地等措施进行防护。

井上、井下必须装设防雷电装置，并遵守下列规定： 《煤矿安全规程》第459条： 井上、井下必须装设防雷电装置，并遵守下列规定： 经由地面架空线路引入井下的供电线路和电机车架线，必须在入井处装设防雷电装置。 由地面直接入井的轨道及露天架空引入（出）的管路，必须在井口附近将金属体进行不少于2处的良好的集中接地。 通信线路必须在入井处装设熔断器和防雷电装置。

（6）井下低压电网的漏电保护 1）漏电故障的类型、原因、危害 集中性漏电：供电系统中某一处或某一点的绝缘受到破坏，其绝缘阻值低于规定值，而供电系统中其余部分的对地绝缘仍保持正常。 分散性漏电：供电系统网络或某条线路的对地绝缘阻值均匀下降到规定值以下。 井下供电中遇到的大多数漏电故障是集中性漏电故障。

2）常见漏电故障的原因: ① 电缆和设备长期过负荷运行，促使绝缘老化。 ② 电缆芯线接头松动后碰到金属设备外壳。 ③ 运行中的电缆和电气设备受潮或进水，使供电系统绝缘性能降低。 ④ 在电气设备内部随意增设电气元件，使元器件间的电气间隙小于规定值，导致放电而接地。 导电芯线与地线错接。 ⑥ 电缆和电气设备受到机械性冲击或炮崩。 ⑦ 人身直接触及一相导电芯线。

3）漏电故障的危害: 当漏电电流的电火花能量达到瓦斯、煤尘最小点燃能量时，能引起瓦斯、煤尘燃烧或爆炸； 当漏电电流超过50mA时，可能引起电雷管的超前起爆； 当漏电故障不能及时发现和排除时，就可能扩大为相间短路事故； 若人身触及一相带电导体或漏电设备外壳时，流经人身电流超过30mA的极限电流时，就有伤亡的危险。 电网对地电容电流随着电网的增大而增大。

4）漏电保护原理 利用附加直流电源的保护原理

5）漏电保护装置的组合应用 各种漏电保护装置的优点和存在的缺限： 检漏继电器能保护所有漏电故障，但无选择性，一旦动作会导致整个低压电网停电； 零序功率方向式漏电保护选择性好，停电范围小，却不能保护对称性漏电故障。 旁路接地式漏电保护方式安全性较高，但保护范围单一，只能保护单相漏电或人体触电。 漏电闭锁只在开关断开时对负荷一侧进行检测，开关合闸后不起作用。

6）JY82型检漏继电器

7） 漏电保护器作用： ①能连续检测电网的对地绝缘电阻。 ②当电网绝缘水平降低到规定值，或人触及一相带电导体时能使自动开关跳闸切电源。 ③当人触及一相带电导体，或发生一相线路接地漏电故障时能补偿流过人体的电容电流和接地漏电电流中的电容电流。

《煤矿安全规程》第457条： 矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。 地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。 井下低压馈电线上，必须装设检漏保护装置或有选择性的漏电保护装置，保证自动切断漏电的馈电线路。 每天必须对低压检漏装置的运行情况进行1次跳闸试验。

1、漏电电流大部分经接地极入地，降低了人体触电的危险； 2、避免了设备外壳与大地接触不良而产生的火花。 （7）井下电网的保护接地 1)保护接地及其作用 保护接地的作用： 1、漏电电流大部分经接地极入地，降低了人体触电的危险； 2、避免了设备外壳与大地接触不良而产生的火花。

2)井下保护接地系统 主接地极应采用面积不小于0.75平方米，厚度不小于5毫米的钢板制成。每年至少提出来，详细检查一次 局部接地极应采用面积不小于0.6平方米，厚度不小于3毫米的钢板平放在水沟深处。每年至少提出来，详细检查一次 设置在其他地点的局部接地极，可用直径不小于35mm、长度不小于1．5m的钢管制成、管上应至少钻20个直径不小于5mm的透孔，并全部垂直埋入底板。

《煤矿安全规程》第482条： 《煤矿安全规程》第483条： 《煤矿安全规程》第484条: 电压在36V 以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、构架，铠装电缆的钢带（或钢丝）、铅皮或屏蔽护套等必须有保护接地。 《煤矿安全规程》第483条： 接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2Ω。每一移动式和手持式电气设备至局部接地极之间的保护接地用的电缆芯线和接地连接导线的电阻值，不得超过1Ω。 《煤矿安全规程》第484条: 所有电气设备的保护接地装置（包括电缆的铠装、铅皮、接地芯线）和局部接地装置，应与主接地极连接成1个总接地网。

《煤矿安全规程》第486条: 连接主接地极的接地母线，应采用截面不小于50mm2的铜线，或截面不小于100mm2的镀锌铁线，或厚度不小于4mm、截面不小于100mm2的扁钢。 电气设备的外壳与接地母线或局部接地极的连接，电缆连接装置两头的铠装、铅皮的连接，应采用截面不小于25mm2的铜线，或截面不小于50mm2的镀锌铁线，或厚度不小于4mm、截面不小于50mm2的扁钢。 接地电阻的测定: 井下接地电阻的测量，由电气管理人员（专人）负责，每季度对总接地网接地电阻值至少测定一次，并记录，以备查阅。新安装的接地装置，使用前要进行测量。在进行接地电阻测量时，一般使用本质安全型便携式接地电阻测量仪表。

五、矿山机电安全管理方法（规程） 1、组织机构及责任制 建立矿、区、班、组四级行政管理机构的 “机电安全管理工作责任制”： 机电副总工程 机电矿长 机电副总工程 机电科 电气、电缆、设备、小型电气管理组 防爆检查组 采、掘区队设立机电副区长、机电班长等。

2、矿井机电管理制度 上级下发的有关机电管理的各类政策和文件 矿井各项机电管理制度 有关图纸 机电科管理制度； 工作车间各项管理制度； 装订成册的各项规章制度。 有关图纸 主提升机房； 主排水泵房； 主通风机房； 压风机房； 地面变电所以及井下变电硐室。

有关记录 图纸资料 试验报告 主提升机房； 主排水泵房； 主通风机房； 压风机房； 地面变电所以及井下变电硐室。 与设备及其运行有关的图纸资料。 试验报告

3、设备的购入与检验 4、设备的运行、维护、检修和检验 主提升系统； 主排水系统； 地面供电系统； 井下供电系统； 主通风机及设施； 压风系统； 锅炉及附属设施； 井下皮带、溜槽及其它采掘设备。

5、夏季“三防”（防汛、防雷电、防署）工作； 6、机电系统故障应急预案及反事故演习。

谢 谢 大家！