本安防爆技术在煤矿中的应用探讨

杨竣皓

（煤炭科学技术研究院有限公司,北京 100013）

很多工作领域都存在一定的危险性，而爆炸无疑是对人身生命安全伤害最大的一种方式，因此，为确保生产人员和设备的安全，在实际生产过程中，要对一些易燃易爆的介质进行处理。石油开采、化工、炼油厂、煤矿等这些作业现场存在一定的可燃性气体，都属于存在爆炸性危险的场所。而在一定的封闭空间，如果可燃性气体与空气混合，达到一定比例的情况下，是极易产生爆炸的。因此，这些特定的场所所使用的电气设备都必须具有防爆性能和相应的防爆措施，且产品必须经过专业机构的认证，以此来避免爆炸事故的发生。

1 防爆技术

石油、化工、煤矿和国防等领域，在生产、运输和贮存的过程中，经常会泄露或者溢散出各种可燃性气体，这类气体与空气混合后，遇到明火极易发生爆炸，造成重大的生命财产损失，因此，相应的防爆措施成了这些行业的重中之重，在此背景下防爆技术应运而生。我国的防爆设备，如防爆电器、防爆电机，于1950年前后开始制造生产，本质安全理论的研究也于上世纪五十年代中期开始，我国自己设计制造并投入煤矿使用的本质安全型电气设备在上世界六十年代初期出现，而本质安全型设备应用到化工和国防领域则是到了1970年前后。本质安全的相关标准，国家已前后制定了三次，最近一次也是现在执行的是第三次修订的GB3836.4-2000。

在工业领域，绝大多数设备都是带火花的，因此必须要采取一定的措施保证电气设备不发生爆炸，这些相关的措施方法通常称为“防爆型式”。防爆型式是为防止电气设备周围的易燃易爆气体发生爆炸而采取的具体措施。通常，根据可燃性气体出现的频率和持续时间，可将危险场所划分为0区、1区和2区。0区是指爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所，处于危险环境的时间大于1000小时/年。1区是指区是指爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所，处于危险环境的时间在10-1000小时/年。2区是指在正常情况下不可能出现可燃性气体或者偶尔出现且持续时间很短的一些场所，其危险环境存在时间小于10小时/年。

2 本质安全防爆技术

2.1 电气设备防爆型式的分类

我国将电气设备的防爆型式分为8种。（1）隔爆型。隔爆型是指将能引起爆炸的电气设备元件封闭在一个外壳内，该外壳能承受爆炸的压力而不受损坏，且爆炸不会通过任何接合面或结构开口向外传播。（2）正压型。正压型是指为防止外部的气体进入外壳内，而采取的使外壳内本身具备相当压力的措施。（3）充砂型。充砂型是指用细颗粒状的材料填充外壳，使外壳内发生爆炸时，电弧不引燃外部气体。（4）充油型。充油型是指将设备外壳或者部分组件浸泡到油中，使得设备爆炸发生时与外部气体隔断。（5）浇封型。浇封型是指将潜在的点燃源浇灌在阻燃的固体绝缘材料中。（6）本质安全型。本质安全型是指设备的全部电路均为本质安全电路，即在正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。（7）增安型。增安型是指防止产生过高温度或者产生电弧的可能性，从而增强安全性的一种防爆型式。（8）无火花型。无火花型是指正常情况下不能产生电火花。

2.2 本安防爆技术的原理

众所周知，空气、爆炸性物质、点燃源是爆炸发生的必要条件，缺一不可。而在煤矿的实际生产中是不可能避免空气和爆炸性物质的存在，因此防爆的重点应放在杜绝点燃源上。点燃源通常是热效应或者电火花，本质安全的防爆性能就是通过限制电火花和热效应来实现的。本质安全电路要求将电压和电流严格限制在要求范围内，在设计电路时，通过选择合适的电感、电容及电阻来限制火花能量，将其限制在最小点燃量以下，从而避免爆炸的发生。与此同时，要安装安全栅，限制场所的高能量，且不能使其传播出去。

2.3 本安防爆技术分类

根据防护能力将本质安全防爆分为两种。（1）ia类。ia类是指具备电流/电压安全系数的电气设备在正常运行情况下，不会被所施加的单个故障，或两个故障合并而引燃；（2）ib类。ib类是指具备电流/电压安全系数的电气设备在正常运行情况下，不会被所施加的单个故障而引燃。

2.4 安全栅

本质安全防爆系统中，必须同时具有本质安全型的设备和安全栅，两者缺一不可。安全栅作为安全场所和危险场所之间的关联设备，作用重大，其具备检测控制信号、传输控制信号、限制危险能量流入危险场所等作用。

安全栅有四种基本形式，分别为：（1）电阻安全栅。电阻安全栅是指利用电阻限制电流的作用，将电流限制在安全的临界值以下；（2）齐纳式安全栅。齐纳式安全栅是指利用稳压二极管的方向击穿的特性，在正常工作时，若产生过高能量时使其击穿齐纳二极管，从而隔离安全侧和危险侧；（3）电光隔离式安全栅。电光隔离式安全栅是指在安全侧和危险侧只有光的耦合，而保证电气的绝对隔离；（4）变压器隔离式安全栅。变压器隔离式安全栅是指利用电磁转换在安全侧和危险侧传输信号，保证电气的绝对隔离。

3 本安防爆技术在煤矿中的应用

煤矿井下作业空间狭小、且空气中含有沼气、粉尘等易燃易爆的成分，因此按照国家和行业的相关规定，井下采掘的相关电气设备和控制设备必须具备防爆性能，且必须是隔爆型或本质安全型。由于只有本质安全型仪表设备能应用于0区且本质安全型防爆型式相比与其他防爆型式具有结构简单、易操作、方便维护、适应广泛等特点，因此在煤矿生产中，本质安全型防爆型式应用最为广泛。煤矿常用的本安型防爆设备有本安型防撕裂传感器、本安型气体检测器、本安型堆煤传感器等。在本安型防爆设备的采购和使用中要注意产品“三证一标”的检查。

[1]韩正,朱永胜.爆炸性气体环境用电气设备的选择[J]电器开关,2003(02).

[2]徐建平.仪器本安防爆技术[M].北京:机械工业出版社,2007.

[3]李达，范新媛.本安防爆系统综述[J].石油化工自动化,2008(06).