宋云龙矿用隔爆型LED巷道灯的开发与设计方案及

1、山西大同大学本科生毕业设计中文题目：矿用隔爆型LED巷道灯的开发与设计英文题目：Development and design of mine explosion-proofLED tunnel lamp学院：煤炭工程学院姓 名：宋云龙学号： 100806021224专业：自动化班 级： 10 自动化二班指导教师：王官升职 称：副教授完成日期：2018 年 6 月 3 日学院：煤炭工程学院系别：电气工程系专业：自动化学生姓名宋二龙学号100806021223指导教师王官升职称副教授所选题目名称：矿用隔爆型LED巷道灯的开发与设计选题性质：(A.理论研究(V B.应用研究(C.应用理论研究(D.产

2、品设计(E.工程技术开发(F.软件开发与应用(G.其它选题的目的和意义：现在，仍启矿井主要采用第一代照明光源白炽灯，这种光源有发光效率低发热温度高灯泡的寿命短等诸多缺点，白炽灯寿命只有500 h左右，灯泡易受震动影响，带黄色，所耗电能大，不利于节能环保，采 用高效节能的LED作为光源，利用一次光学设计技术，开发和设计矿 用隔爆型LED巷道灯。该系列巷道灯耐震性能强，防尘性能强，低能 耗，所需电压电流小，低热量，发光热量少，安全系数高。指导教师意见：签字：年月 日学院意见:备注:山西大同大学2018届本科毕业设计开题报告学院：煤炭工程学院系别：电气工程系专业：自动化论文题 目矿用隔爆型LED巷道

3、灯的开发与设计论文类 型A理论研究；B应用研究；C应用理论研究；D产品设计；E 工程技术开发；F软件开发与应有；G其它指导教 师王官 升职称副教 授学生姓 名云 宋龙学 号100806021223一、研究现状、目标、意义综述采用高效节能的LED作为光源，开发和设计矿用隔爆型LED巷道灯。 该系列巷道灯耐震性能强，防尘性能强，低能耗，所需电压电流小，低热 量，发光热量少，安全系数高。是老矿井照明改造、新矿井建设的必备 设备，提高企业的效益，使矿井适应现代生产的需要。一、研究方法和进度安排研究方法：在做本课题的过程中要充分借助图书馆的图书资源， 通过查阅电气设计书籍和手册，网上资源等进行电气初步设

4、计及设备 选取，使用计算机并会利用计算软件进行计算和搜集所需资料，然后 对资料进行整理和利用，通过所学知识计算短路电流，整定计算 等，。使用AutoCAD软件对电气主接线进行绘制。当遇到问题时，及 时向指导教师请教，步步解决问题。进度安排：第1-2周：查阅相关资料与书籍，做好设计前的准备工作，确定 设计的初步方案。第3-8周：设计电气主接线图，电气设备的选，配电设备的设 计。第9周：完成所有图纸的绘制第10-11周：整理设计，对设计成果进行分析。第12周：自行对设计进行整体可行性的分析、验证，查漏补 缺，最终定稿，完成毕业设计论文并制作答辩课件。三、指导教师意见指导教师签字：年月 日山西大同大

5、学2018届本科毕业设计中期检查表学院：煤炭工程学院系别：电气工程系专业：自动化论文（设计题目：矿用隔爆型LED巷道灯的开发与设计学生姓名宋二龙学号100806021223指导教师王官升职称副教授综述学生在设计完成过程中的研究态度、与指导教师联系情况以及 存在的问题的解决情况。经过几周的论文准备工作的进行，已经确定了论文课题，并且收集 了相关的资料，论文基本框架已经形成；开题报告已经完成；论文的写 作思路已经成形，并且论文初稿已经完成，基本符合论文的结构。本人在设计写作期间，态度端正认真，对自己要求严格，遇到不能 解决的问题就及时向老师请教，有不同的意见也及时提出，并与老师讨 论，当发现自己的

6、观点不准确时，也会认真弄明白，与老师达成T的 见解，主动接受老师的指导。学生签字：指导教师签字：年 月 日年 月日山西大同大学2018届本科毕业设计指导教师评分表学院：煤炭工程学院系别：电气工程系专业：自动化论文（设计题目：矿用隔爆型LED巷道灯的开发与设计学生姓名宋二龙学 号100806021223指导教师王官升职 称副教授指导教师评语:指导教师签年月日评 价项 目ABCDE写作 过程01写作过程中的认真程度02写作过程中，进度掌握情况选题 质量03选题与专业培养目标相符情况04选题体现专业特点情况05选题体现三基的要求情况论文 质量06知识综合运用能力07结构、方案设计、应用价值08写作规

7、范情况比日协由、B井法优良中及格指导教师评7E成绩不及格毕业设计分工情况：（多人合作时填写，包括本人研究的内容及其在课题 中所占比例评定成绩参考：优-7项A,另一项为B;良-6项B或A,其它至少为B; 中-5项B或A,其它至少为C;及格-4项B或A其它至少为D;不及格-4项为E。山西大同大学2018届本科毕业设计评阅人评分表学生姓名宋二龙学号100806021223指导教师王官升职称副教授评阅人职称评阅人评鉴评审工程指 标ABCDE选题质量01选题与专业培养目标相符情 况02选题体现专业特点情况能力水平03综合运用知识能力04运用资料文献能力05研究方案的设计能力论文水平06论点论据、语言表达

8、07整体结构、应用价值08写作规范情况论文（设计题目：矿用隔爆型LED巷道灯的开发与设计优良及格不中 及格评阅人评定成 绩评定成绩参考：优-7项A,另一项为B;良-6项B或A,其它至少为 B;中-5项B或A,其它至少为C;及格-四项B或A,其它至少为D;不及格-4项为E。山西大同大学2018届本科毕业设计答辩评分表学院：煤炭工程学院系别：电气工程系专业：自动化论文题目：矿用隔爆型LED巷道灯的开发与设计学生姓名宋二龙学号100806021223指导教师评 分指导教师王官升职称r副教授评阅人评分答辩委员 会/答辩 小组名单姓名性别职称学位答辩小组职 务李荣生男副教授学士组长薛尚红男副教授学士秘书

9、王官升男副教授硕士成员张楠男讲师硕士成员答辩委员会 答辩小组评鉴）评审工程指标ABCDE论文评价01选题与专业培养目标相 符情况02选题体现专业特点情况03综合运用知识能力04运用资料文献能力05研究方案设计能力06论点论据、语言去达07整体结构、应用价值08写作规范情况答辩表现09自述情况10答辩过程答辩委员会综合评定成优 良中 及格 不绩及格毕业设计（设计 最终得分：答辩委员会主任（或组长 签字：年 月 日评定成绩参考：优-9项A,另一项为B;良-8项B或A,其它至少为 B;中-7项B或A,其它至少为C;及格-6项B或A,其它至少为D;不 及格-5项为E。山西大同大学2018届本科毕业生设

10、计答辩记录表煤炭工程 学院自动化专业10级 姓名宋云龙学号100806021223论文题目矿用隔爆型LEDB道灯的开发与设计答辩委员会 主席（或组长职称答辩委员会秘书答辩委员会成员答辩记录（包含答辩委员提出的问题，学生回答情况等 记录人签字：年 月答辩委员会主任 答辩小组组长）（签字,：年 月 日灯在LED当今，大部分矿井还是使用第一代照明光源白炽灯。但是，使用这种 光源发光效率不高，发热温度高，灯泡寿命短，易受震动的影响等诸多缺 点的白炽灯，不但耗能大，不利于环保，而且对煤矿安全生产极为不利。 通过实验表明，改善煤矿照明系统对改善煤矿工人作业效率同时减少煤矿 安全事故的发生具有很大的意义，尤

11、其是在采煤条件极为复杂瓦斯浓度 大，采矿危险性高的地区，其效果更为好。现在高科技的开发与使用对节 能降耗起到了决定性的作用。西安某煤矿安全仪器生产商同高校合作开发 制造的矿用防爆型LED灯和巷道灯等系列产品，充分体现出矿用LED 安全性、实惠性和节能性方面的有很好的开发利用的前景。使用环保节能 的LED作为光源，再运用二次光学设计技术，开发和研究矿用隔爆型 巷道灯。这种巷道灯耐震性能非常好，防尘效果很好，而且低能耗，所需 电压电流小，而且散发热量少，安全系数稳定。关键词：巷道灯光源设计安全环保ABSTRACTTodayt目前，大部分矿井主要采用第一代照明光源白炽灯，这种光源具有发光效率低发热温

12、 TTTttttttttttthhsshdfhe first-generation incandescent lighting is still widely used in the most of the mines. However, there are many drawbacks of this kind of lighting such as the low efficiency of light-emitting, the high temperature heat lamp, the short life of the lamp and easily been affected

13、by vibration. Hence, the use of the first- generation incandescent lighting is not only doing harm for the environment, but also extremely unfavorable for coal mine production safety. Experiments have demonstrated that improving the lighting systems will have great significance for improving the ope

14、rational efficiency of coal miners and reducing the mine safety accidents. The effect of the improving lighting systems will work better in the mining conditions extremely complex gas concentration and mining high-risk areas. Now the application of high-tech development is performing a decisive role

15、 for saving energy. Xian, one coal mine safety equipment manufacturer cooperation with universities has made one new kind of mine explosion proof LED lights, tunnel lights and other products, which fully reflects the good prospects of LED lights at mine safety, cost and energy efficiency. The flamep

16、roof LED road lights are developed by the second optical design technology with the environmentally friendly energy-saving LED which are worked as a light source. The seismic performance of this roadway lights is perfect. In the same time, there are many other advantages of the use of this roadway l

17、ights such as very good dust prevention effects , low power consumption and the required voltage current, emit less heat and steady factor of safety.Keywords: tunnel lamp ; light source ; design safety ; environmental protection.目 录引11矿用隔爆型LED巷道灯.21.1 LED21.2 LED的特点 31.2.1 优点 31.2.2 缺点.41.3 LED灯的优越

18、性41.3.1 LED 矿灯与普通光源矿灯比 较51.3.2 L ED 巷道灯与普通光源矿灯比 较51.3.3 经济性分析61.4 LED灯的发展状 况62矿用隔爆型LED巷道灯的使用意 义72.1 矿用照明系统的一些问 题72.2 矿用隔爆兼照明型LED丁的特 点83矿用隔爆型LED巷道灯性能与结 构111.1 高 流 明 大LED111.2 外壳构111.3 光源装111.4 电源率结安安装4 矿用隔爆型 LED巷道灯设计中的题124.1 光源的择 .144.2 LED光源封装技术144.3 恒流源设计 .174.4 高 效 恒 流 驱 动 电 源184.5 LED 防 爆 灯 的 散 热

19、 结 构204.6 矿 用 隔爆 型 LED 巷 道灯结构 特征205 矿用隔爆型 LED巷道灯防爆结构及散热设计225.1 罩之间均设计有隔爆接合面，符合隔爆要求防护等级225.2 支撑面材料235.3 原理235.4 外壳紧固件.225.5 引入方式245.6 透明件安装.246 .矿用隔爆型LED巷道灯在煤矿应用266.1 早期巷道灯.266.2 LED贝占片体.266.3 条型仿荧光 .277 矿 用 隔 爆 型 LED 巷 道 灯 使 用 范 围 288结 论 29参考文献 .30致谢 31引言LED照明因节能、环保、长寿命，无污染，耐振动和冲击等优点，已成为21 世纪最引人注目的高

20、新技术之一。我国2003 年由科技部牵头, 正式启动 国家半导体照明工程, 提出了以产业化为目标, 以应用促发展, 培育有国际竞争力的中国半导体照明新兴产业的战略, 西安煤矿安全仪器厂与高校成功合作, 真正进入了LED 冷光源应用开发领域。该厂设计制造的KBL-10 矿用防爆LED 灯和正在研发的巷道灯等系列产品正在进入煤矿企业 , 让 LED 冷光源这种新型绿色产品在煤矿真正发挥节能环保的作用。矿用隔爆型巷道灯，作为煤矿井下固定式照明工具，年内累计照明时间8760小时。目前煤矿大多采用白炽灯、冷阴极荧光灯和矿用高压钠灯作为光源的巷道灯。在国家大力推进和采取各种措施节能减排之时，传统的巷道体现

21、出了耗电量高，寿命短，易损坏，频繁维护，防爆等级低，维护与更换会带来很多安全隐患等缺点。开发设计高效节能，超长寿命，光线健康，绿色环保，保护视力，无频闪，光效率高，发热小，安全系数高的巷道灯。已经成为矿井固定照明开发设计迫在眉睫的工作。由于井下作业环境的特殊性，照明设备几乎全是长明灯，这就不可避免地要耗费大量的能量，仅耗电一项就极大地增加了产出成本，不但浪费宝贵的能源，还降低生产企业的效益，远远不能适应现代生产的需要在国家大力推进和采取各种措施节能减排之时，传统井下照明用巷道灯的更新换代问题也亟待解决，矿用隔爆型LED巷道灯正是在这一背景下提出的 LED灯的特点有：节 能，相同照明效果情况下较

22、传统光源节能 50%-90%寿命长：可达100000h 以上。无频闪: 采用直流电驱动，不出现频闪现象，对人的眼睛不产生伤害，显色性好：50100000K任意选择，光色纯，光效高：电光功率转换接近100%,冷光源: 硅脂封装，灯体内没有松动部分，不存在灯丝发光易烧热沉积光衰严重等缺点, 环保 : 由于光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染。1矿用隔爆型LED巷道灯1.1 LED它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，用银胶或白胶固化到支架上，然后用银线进行焊接，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED 的抗震性能好。LEDLigh

23、t Emitting Diode ），发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N 型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N 结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P 区，在 P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED灯发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结

24、的材料决定的。最初LED用作仪器仪表的指 示光源，后来各种光色的 LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛 应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12 英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140 瓦白炽灯作为光源，它产生 2000 流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200 流明的红光。而在新设计的灯中，公司采用了 18个红色LED光源，包括电路损失 在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将芯片和亿铝石榴石YAG封装在一起做 成

25、。芯片发蓝光，高温烧结制成的含 Ce3+勺YAG荧光粉受此蓝光激发后发 出黄色光射，峰值550nLED灯mn蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆 盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nmb LED基片发出的蓝光部分被荧 光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。对 于白色LED通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可 以获得色温3500-10000K的各色白光。这种通过蓝光 LED得到白光的方 法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。上个世纪60年代，科技工作者利用半导体 PN结发光的原理，研制成 了 LED发光二极管。当时研制的 LED所用

26、的材料是其发光颜色为红色。 经过近30年的发展，大家十分熟悉的LED已能发出红、橙、黄、绿、蓝 等多种色光。然而照明需用的白色光 LED仅在2000年以后才发展起来， 这里向读者介绍有关照明用白光 LED最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年 代初。当时所用的材料，发红光，在驱动电流为 20毫安时，光通量只有 千分之几个流明，相应的发光效率约 0.1流明/瓦。70年代中期，引入元 素In和N,使LED产生绿光，黄光和橙光，光效也提高到 1流明/瓦。到 了 80年代初，出现了的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/ 瓦。90年代初，发红光、黄光的和发绿、蓝光的

27、两种新材料的开发成功， 使LED的光效得到大幅度的提高。在 2000年，前者做成的LED在红、橙 区的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域的光效可以达 到50流明/瓦。1.2 LED的特点1.2.1 优点节能，白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10,节能灯的1/4。长寿，寿命可达10万小时以上，对普通家庭照明可谓一劳永逸”.可以工作在高速状态.节能灯如果频繁的启动或关断灯丝就会发黑很 快的坏掉.固态封装，属于冷光源类型。所以它很方便运输和安装，可以被装置 在任何微型和封闭的设备中，不怕振动，基本上用不着考虑散热。LED技术正日新月异的在进步，它的发光效率正在取得惊人的突破， 价格

28、也在不断的降低。一个白光 LED入家庭的时代正在迅速到来。环保，没有汞的有害物质。LED灯泡的组装部件可以非常容易的拆装，不用厂家回收都可以通过其它人回收。配光技术使LED点光源扩展为面光源，增大发光面，消除眩光，升华 视觉效果，消除视觉疲劳。透镜与灯罩一体化设计。透镜同时具备聚光与防护作用，避免了光的 重复浪费，让产品更加简洁美观。大功率led平面集群封装，及散热器与灯座一体化设计。充分保障了 led散热要求及使用寿命，从根本上满足了 LED灯具结构及造型的任意设 计，极具LED灯具的鲜明特色。节能显著。采用超高亮大功率led光源，配合高效率电源，比传统白 炽灯节电80蛆上，相同功率下亮度是

29、白炽灯的10倍。超长寿命50000小时以上，是传统鸨丝灯的50倍以上。LED采用高可 靠的先进封装工艺一共晶焊，充分保障 LED的超长寿命。无频闪。纯直流工作，消除了传统光源频闪引起的视觉疲劳。绿色环保。不含铅、汞等污染元素，对环境没有任何污染。耐冲击，抗雷力强，无紫外线 UV和红外线IR）辐射。无灯丝及玻 璃外壳，没有传统灯管碎裂问题，对人体无伤害、无辐射。低热电压下工作，安全可靠。表面温度W 60 c 环境温度Ta=25C时）。宽电压范围，全球通用 LED灯。85V 264VAC全电压范围恒流，保证 寿命及亮度不受电压波动影响。采用PWMS流技术，效率高，热量低，恒流精度高。降低线路损耗，

30、对电网无污染。功率因数A 0.9,谐波失真W 20% EMI符合全球指标，降低了供电线路的电能损耗和避免了对电网的高频干 扰污染。通用标准灯头，可直接替换现有卤素灯、白炽灯、荧光灯。发光效率可高达801m/w,多种LED灯色温可选，显色指数高，显色性 好。很明显，只要LED灯的成本随led技术的不断提高而降低。节能灯及 白炽灯必然会被LED灯具所取代。国家越来越重视照明节能及环保问题， 已经在大力推行使用LED灯具了。1.2.2 优缺点散热问题，如果散热不佳会大幅缩短寿命。低端 LED灯的省电性还是 低于节能灯 冷阴极管，CCFL 。初期购买成本较高。因 LED光源方向性 很强，灯具设计需要考

31、虑 LED特殊光学特性。LED按光衰7%实际只有约 50000小时。按光衰3%实际运用可以达到80000小时。LED光通量，光效和显色性可以，但太贵且近几年不会有所下降。但 可以通过提高产品的光通量从而降低替换白炽灯的成本。LED要驱动电源，光学LED灯和热传导配合。二种光源性能和优点比 较霓虹灯的优势已被LED覆盖，但LED灯价太高。二种光源的电源比较。LED低压好，但载电流过大。大颗粒 1瓦的LED单 灯输入电流在350mA二种光源户外使用比较。LED灯已经能做到完全防 水、防尘。二种光源市场的比较。全球照明产品年产值420亿美元（中国150亿美元,LEDt源现比例小于1%1.3 LED灯

32、的优越性1 .3. 1 LED 矿灯与普通光源矿灯比较LED矿灯具有以下几方面的优势：采用整体的密封设计、具有电子短 路保护、防静电外壳等措施，产品防爆性好，采用大功率LED冷光源，保证 了灯头在工作环境中最高温度只有 60e ,冷光源灯头即使在井下被击碎也 绝对不会引起瓦斯爆炸事故的发生，采用大容量镒酸锂防爆电池，保证本 矿灯可安全持续照明17h以上，辅灯可持续照明100h以上，所有电路是 本质安全型电路，具有高效的电路保护设计，保证工作电流在0.35 ma, 短路保护动作时间小于0.35ms,电池盒材料采 用ABS!程塑料，表面防静 电，可有效避免 静电产生的火花，高强度的外壳和优化的结构

33、设计，使产 品可经受强力冲击锂离子电池保护具有过充过放电保护功能，使产品具有更好的可靠性。1.3.2 LED巷道灯与普通光源矿灯比较巷道灯是煤矿井下使用最多，维护最频繁的五小电器之一，属特殊型防 爆产品，其安全性能和质量与煤矿安全生产息息相关。传统的巷道灯普遍 采用白炽灯或高压钠灯，灯丝长期在炽热的工作环境中，不仅容易引起瓦 斯爆炸，而且强度很低，轻微震动就会大大缩短灯头寿命，甚至损坏。另外 这些灯泡发热量大，温度高，容易在玻璃灯罩内烧结碳黑，影响透光率，亦难 以清除。普通的照明灯随电压降低，照度明显下降，电压升高，发光效率又显著提高，但使用寿命明显缩短。LED作为新型发光器件，具有光效高、寿

34、 命长（10万h、功耗低、耐冲击、免维护、抗震动等特点。因此以 LED 为发光体开发而成的巷道灯解决了传统灯具的不足：安全节能，绿色环保，穿透力强、照度强、抗震性好、寿命长、免维护，减少换灯次数，大大 减轻工人劳动强度，受电压影响小，照度稳定，具有多种保护电路，能够 解决断电、保护、应急等问题。1.3 . 3 经济性分析从综合成本计算可以看出 LED矿灯的经济性，管理费用，灯泡消耗，充 电费用，电解液费用4项合计，LED矿灯为41.95元，铅酸矿灯为224. 75 元，12W隔爆型LED光源巷道灯，亮度相当于100 W灯泡，18 W 的相当于 200W灯泡，隔爆型LED光源巷道灯使用5年不需更

35、换灯泡，每年只需更换 1只灯管，使用100W白炽灯5年总费用3488元，12W,LED灯5年总费用 仅315元。1.4 LED灯的发展状况绿色照明是全球追随的生态设计目标。LED作为新型高效固体光源，是 人类照明史上继白炽灯、荧光灯、高压气体放灯的又一次飞跃。特别是其 与太阳能电池组合，扩大了 L ED的应用范围，也必将成为21世纪最具 发展前景的高技术光源。早期的LED主要用于做指示灯。其发光强度，发光效率都不高，随着 LED的迅速发展，特别是白光技术的突破，促使LED冷光源系列产品已发展 成为许多新型产业。随着其发光的强度及效率迅速提高、发光颜色齐全、 功率增加、成本降低，给开发各种功能的

36、LED灯泡及灯具创造了极好的条 件,也给二次开发LED产品创造了良好的机会。现在的城市交通信号灯及标志灯开始采用 LED灯，不仅节省大量的 电能，而且无须经常更换灯泡。L ED装饰灯，把城市夜景打扮得五光十 色。白光LED灯泡的发光效率高于白炽灯泡，而且寿命比节能荧光灯高8倍，比白炽灯高33倍多，更加激发了人们研发利用的兴趣2矿用隔爆型LED巷道灯的使用意义2.1 矿用照明系统的一些问题资料统计显示，我国大部分投资开发较早的煤矿现在仍使用白炽灯作 为照明系统的主要设备，这种光源耗电量大，而且具有亮度弱显色性差灯 泡寿命短等缺陷，严重影响了煤矿安全生产。由于井下没有阳光，光线很弱，经现场实测平均

37、照度只有3. 9lx 加之井下通风条件不好，空气质量差，透明度不好，无法使工人很好地了解 自己所处的工作环境。由于井下灯具照明功率与周围环境不能很好匹配，光线比较暗，使工 人对巷道中可能坠落的物体或潜在的危险性物质缺乏一定的预警性，存在 一定的安全隐患。受开采条件限制，煤矿井下狭窄，加之光照度不足，采煤工人仅靠头戴矿灯所提供的光源，其能见度只能集中在直径不到1 m的范围内另外这种矿灯眩光强烈，很多人一起工作时，矿灯所提供的光源相互影响，对安 全生产极为不利能耗损很大，灯泡寿命极短，大面积使用时会造成能源和 经济上的巨大浪费，每年因更换灯泡所需消耗会造成一定数量的经济损失 采用高效节能照明灯取代

38、传统意义上的低效照明灯，改进井下照明系统， 提高照明质量和节约能源，对促进煤矿照明系统的科技化，创建高效率低 能耗安全的煤矿井下照明环境，具有重要意义。由于自身条件的限制，白炽灯光效很低，电煤矿井下照明的光 源先后经历了白炽灯、荧 光灯、节能灯三个时代。LED作为第四代新光源，具 有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强，环保等优良特性。LED照明已经在煤矿安全生产中得到 了广泛的应 用，并发挥了不可替 代的作用，像LED矿灯、LED巷道灯、LED支架灯等已经得到了普及。由于 LED光源的诸多优点，LED光源在煤矿井下也必将有着广阔的应用前景。对煤矿节能, 提高安全生产, 降低采煤成本

39、必将具有重大意义。为保证安全生产改善工作环境，煤矿安全规程第473 条明确规定了井下下列地点必须有足够的照明: 井底车场及其四周机电设备硐室调度室机车库爆炸材料库候车室信号站瓦斯抽放泵站等使用机车的主要运输巷道兼作人行道的集中带式输送机巷道升降人员的绞车道以及升降物料和人行交替使用的绞车道，其照明灯的间距不得大于30m 主要进风巷的交岔点和采区车场从地面到井下的专用人行道综合机械化采煤工作面，照明灯间距不得大于15m煤矿用灯具目前多为隔爆型或增安型灯具，因白炽灯荧光灯高压钠灯等光源均为热光源高压灯具，无法达到隔爆兼本质安全型灯具的要求本质安全型灯具替代隔爆或增安型灯具设备可提高煤矿安全生产条件

40、LED 为冷光源，具备耗电低发热少安全可靠性高寿命长的特点，可大大降低井下灯具的维护次数，减少因灯具破碎造成的安全隐患，降低维护费用. 目前国内外广泛使用的巷道防爆灯具大多采用普通直管荧光灯管为光源我们选用了防爆型白炽灯荧光灯，在实际使用中，防爆灯具的电源由专用的防爆供电开关供电，按规定应使用照明信号综合保护装置一台防，爆开关往往要带动100200盏灯具，这些灯具布置在矿井下，布置长度达10002000m如果要维修灯具，要切断几乎整个巷道的照明电源，来回一次得步行20004000m由于防爆灯具都是安装于巷道顶部，无照明时高空作业更增加了维修难度因此灯具的灯泡寿命直接影响到其维修的次数采用LED

41、 光源不仅能够节约能源，而且其寿命很长，可以有效减少巷道灯具的维修我国煤矿已经开始推广应用 LED光源的巷道防爆灯具，由于其价格较高，一次性投入成本太高，推广应用的力度不是很大但随着LED光源技术的进步，其在巷道灯具中应用将有广泛应用前景我们自 2008 年开始选用DGS13W/127矿用隔爆型LED巷道灯，目前已使用10000余盏，由于该灯具未一体化型，光源电器全部安装在灯具腔体内，外型美观结构紧凑抗冲抗 振动，耐热变密封性好防水安装使用方便，使用效果良好。2.2 矿用隔爆兼照明型LED灯的特点煤矿井下照明系统的光源依次经历了白炽灯照明荧光灯照明节能灯照明 3 个时期而第4 代新型光源LED

42、 光源，因其发光效率高耗电量低灯泡使用寿命长安全可靠绿色环保等诸多优点，已经被广泛应用于煤矿照明系统中，并占据不可替代的重要地位现在煤矿系统照明主要采用LED矿灯LED巷道灯LED支架灯等几种主要形式。高效节能LED节能灯耗电量极少，LED节能灯采用小电流驱动低电压供电的工作方式在提供同样照明效果的情况下，所需要的耗电量仅为普通白炽灯泡的1/10 荧光灯管的1/2 节能灯的1/4 由于煤矿井下需要长期持续的不间断照明，所以它的节能效果将得到更好体现。光效率高 伴随着近几十年的技术发展，LED光源发光效率也得到了很 大提升实验证明，普通白炽灯的光效为1224 lm /W ,荧光灯的光效。为507

43、01m W 其大部分的电能损耗为热量损耗而现在的LED光效在902001m /W,加之LED光的单色性好光谱很窄，不需要经过另外的过滤即可 直接发出有色可见光，所以其光效很高。寿命超长LED 光源体积小，质量小，安装方便，几乎终身不需要维护LED光源外表采用环氧树脂封装，具有一定的保护作用，使LED光源即使遭受高强度的机械冲击和剧烈震动也不会破碎，平均寿命可达100 000 h矿用LED节能灯经过合理设计，使用寿命在 510 a大大降低了灯具日常 维护费用，避免了井下经常更换灯泡需要紧急停电等麻烦，对保障煤矿的 安全生产具有重要意义，这是其他照明系统无法比拟的。光色柔和LED照明灯不会产生眩光

44、现象，且容易配光 LED照明灯封装时可以根据用户实际需求做成色温不同的颜色，色温可以根据实际情况在4 0007 000 K 之间作出灵活选择绿色环保LED节能灯光线中含有极少量的紫外线和红外线，对人体产 生的辐射少，对人眼的刺激小，另外，LED光源中不含汞和氤等对人体有害的元素，有利于回收继续利用，可持续发展性好。发光效率高：LED光源经过近几十年的发展，发光效率得到了较大的 提升。白炽灯、卤鸨灯光效为 1224 1 m/ W ,荧光灯5070 1 m/ W, 大部分的耗电变成 热量损耗。LED的光效现已可达到90200 Im/ W, 而且其光的单色性好 、光谱窄，无需过滤即可直接发出有色可见

45、光。耗 电量少，节能：LED小电流驱动，低电压工作。在同样照明效果的情况 下，耗电量是白炽灯泡的十分之一，荧光灯管的二分之一。由于煤矿井 下是长期持续照明，其节能效果将更加突出。使用寿命长，终身免维护：采用LED光源的灯具体积小 、重量轻。 LED光源环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。平均寿 命达100000ho LED灯具设计合理的话其使用寿命可达 510年，极大地 降低了灯具的维护费用，避免在井下经常换灯要拉闸停电等一系列的麻 烦。安全可靠，便于实现本安化设计：LED发热量低，无热辐射性，低电压 工作，为冷光源，整灯的工作温度低，本安电路设计简单灵活。体积和功率均小，灯具

46、设计灵活多样：采用不同种类的LED光源可以 设计成各种工况下使用的防爆灯具。光色柔和，无眩光，配光容易:LED封装时可以做成色温不同的颜色，色 温可 以根据用户要求在 4 0007 000 K之间灵活选择。LED显色指数可 达80以上，灯具发光颜色更接近于自然光 。前期投资较大，受封装技术和工艺的限制 ，LED光源价格目前较贵，但 是用其使用一年时间的节能收回光源的投资，从而可以获得35年中每年 几倍的节能净收益。3矿用隔爆型LEDB道灯性能与结构1.1 高流明大功率LED矿用隔爆型LED巷道灯，光源采用高效、节能、环保的高流明大功率 LED LED采用进口高亮芯片封装，光效 率高达100Lm

47、/W耐震性能强， 防尘性能强，低能耗，所需电压电流小，低热量，发光热量少，不产生安 全隐患，安全系数高，LED照明属于固体发光源，环氧树脂封装，发光体 部分不易松动，使用寿命可达 3万到5万小时，是普通灯泡的30倍，相 当于不间断照明三年时间。连续使用不用更换，免维护。1.2 外壳结构外壳采用压铸铝成型，表面粉末静电喷涂，耐高温硅橡胶密封圈和钢 化透光玻璃，具有防爆防水、耐冲击、抗震动等特点。一体化设计，设计独特，外形美观，散热性好。内置高品质开关电源，使用电压范围宽、工 作温度低、免维护。1.3 光源安装集成LED光源用螺钉固定在铝质散热器上，采用导热性能较好的硅胶 粘接和封装。将LED光源

48、的工作热量传导到外壳增加空气对流冷却，达到 降低矿用隔爆型LED巷道灯温度与LED结温的效果，而提高了光效，延长 矿用隔爆型LED巷道灯的使用寿命。透明灯罩、防护罩主要保护LED光源受外力冲击而损坏。有保护网罩保护时透明灯罩能承受冲击能量为4J。防护罩网格小于50mm 50 mm。1.4 电源安装恒流电源与外壳紧密接合，主要是通过外壳将电源的工作热量排出，延长电源的使用寿命。4 矿用隔爆型LED巷道灯设计中的技术问题由于LED照明是新兴产业，煤矿用户和大多数生产厂家对 LED应用技术缺乏足够的认识, 目前 LED 防爆灯具也是良莠不齐, 有些灯具只是将LED光源以简单拼凑的方式安装到防爆壳体上

49、，没有从LED光源的流明维持率上考虑更多, 从而导致灯具的真正寿命远没有光源所承诺的时间那么久 , 有的使用不到1 年光衰就低于50%甚至死灯。从目前已经应用的诸多LED防爆灯具的使用测试和分析，大功率LED防爆灯具除了解决好防爆性能外 , 要想真正做到灯具的长寿命, 就必须在灯具设计时, 解决好散热和电源 驱动这 2 个主要技术难点。这也是灯具制造企业和煤矿用户共同关心的关键问题。LED 的发光效率正在逐步提高，地面商品化的器件已达到白炽灯的水平，甚至接近荧光灯的水平，并在稳步增长中但是，在煤矿照明中普及应用方面仍存在一些技术性问题。进一步提高LED 发光光通量采用 LED 作为照明光源，光

50、效与高强度气体放电灯相比，仍有较大差距，在井下使用必须可以发出更多的光，必须具有更高的能量转换效率。散热问题在地面照明中大功率LED 照明灯具已经得到应用，体积很庞大 虽然 LED 防爆灯具已经得到应用，主要是一些小功率的防爆灯具，如矿灯，但是大功率的LED防爆灯具尚不成熟，主要是煤矿井下的条件限制，受其体积和空间限制，大功率 LED防爆灯具散热问题难以解决，其直 接影响到井下使用LEDt源的光效和寿命。价格问题LED光源价格较高，是直接影响LED防爆灯具在煤矿中普及的主要原因但是，近年来由于晶片技术的改良，制造成本正在急剧下降，近三年来 LED的价格下降了近 50%正朝着高效率低成本的方向发

51、展，为LED 在煤矿领域的应用提供了有利条件此外，较好的性价比也可以弥补成本价格方面的不足。减小 LED发出的光与自然光之间的差距 LED发出的光与自然光仍有一定的差距，白炽灯具有非常强的黄色光的成分，给人一种温暖的感觉而白光 LED 发出的白光带有蓝色光的成分，在这种光的照明下，人们的视觉不很自然。配光问题 由于LED属于点光源，发光面较小，发光过于集中，必须实施二次配光，才能满足井下部分特殊工况下的需要，研究合适的二次配光途径仍为亟待解决的问题。光衰问题由于 LED 等采用的发光元件为半导体元件，利用电场发光，随着使用时间的增加，亮度会发生衰减，甚至变色应采取措施，减慢光衰速度，延长使用时

52、间。LED光源多采用1W以下小功率1W及3W 5W 以上大功率芯片封装而成由于小功率芯片光通量低，而 3W以上大功率芯片基本上采用集成芯片，综合技术指标不是很成熟，而且散热性差，所以一般都采用1W的大功率芯片作为光源由于国内 LED的研发起步较晚，相 关标准相对滞后，LED芯片因品牌的不同，其品质及价格差异很大美国日本的芯片价格较贵，但品质相对稳定，台湾及国产的价格则相对便宜一些 其次光源的封装技术也至关重要。国内外LED芯片的封装技术不同，导致 LED光源的品质差别大 采用 硅脂封装的LED光源，具有良好的抗老化性和高透光性光源内部设计有抗静电保护电路和措施，在封装芯片时加入齐纳二级管，有效

53、解决 LED灯 在加工 运输 安装 过程中芯片易被静电击穿问题，抗静电能力大于4000VHBM有效降低使用中的故障率LED光源理论寿命大于100000h,光通量 可达到150Lm/Vy其中100120Lm/W勺芯片已批量 生产，光效高：LED 运用冷光源，眩光小，无辐射，使用中不产生有害物质。 LED 的工作电压低，采用直流驱动方式，超低功耗，电光功率转换接近 100%，在相同照明效果下比传统光源节能80%以上。LED 的环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，而且废弃物可回收，没有污染，不含汞元素，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。LED为固体冷光源，环氧树脂封装，抗震动，灯体内也没有松

54、动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6 万 10 万小时，是传统光源使用寿命的 10 倍以上。LED性能稳定，可在-30+50oC环境下正常工作。LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256 级灰度并任意混合，即可产生 256X256X256即16777216）种颜色，形成不同光色的组合。 LED 组合的光色变化多端，可实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。与传统光源的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品，成功地融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术和嵌入式控制技术等。传统LED灯中使用的芯片尺寸为 0.25mmX0.25nm而照明用LED的尺寸一般都要在1.0mmX1.0mmz上。LED裸片成型的工作台式结构、倒金字塔结构和倒装芯片设计能够