矿山应急技术与管理 课件 第4章 矿山电气安全与应急技术

第四章·CHAPTER04矿山电气安全与应急技术矿山供电·电气安全管理·矿井通风安全本章导览本章围绕三条主线展开4.1矿山供电概述供电电源选择原则用电负荷三级划分地面／井下／露天供电要求电压等级与安全电压矿用电缆与矿山照明4.2矿山电气安全管理技术触电事故与防护措施绝缘、屏护与安全距离保护接地与保护接零漏电与过电流保护电气火灾与设备事故预防电气作业组织管理与检修程序4.3矿井通风安全管理矿井空气与有害气体限值进风要求与井下气象条件机械通风系统与通风构筑物主通风机与反风要求矿井热害与降温措施4.1.1矿山供电电源的选择电源选择原则①有一级负荷用户的矿山，应由两回路独立电源供电，任一回路容量至少应保证一级负荷用电设备的需要。②无一级负荷而有二级负荷的中小型矿山，一般由一个独立电源供电，并设备用电源，其功率应满足二级负荷要求。用电负荷按供电可靠性分为三级一级负荷突然停电会造成人身伤亡或重大设备损坏且难以修复，或给国民经济带来重大损失。举例：矿井主要扇风机、主排水系统、竖井载人提升机。供电要求：采用不同电源的两回路供电。二级负荷突然停电仅造成大量减产。如不符合一级的主提升机、采区变电所等。供电要求：中小型矿山一般单回路供电并设备用发电机；大型矿山一般采用双回路或环形供电。三级负荷突然停电对生产没有直接影响。举例：机修厂等一般辅助生产用电。4.1.2矿山企业对供电的安全要求地面供电系统：可靠、安全、经济合理01供电可靠供电突然中断不仅导致减产，还可能引发人身或设备事故甚至损毁设备。必须保证供电的连续性与可靠性，采用双回路电源或环形供电；即使系统局部故障，也要保证排水设备的保安用电。从变配电室起即采用双回路供电，保障人身和设备安全。02供电安全矿山条件复杂，容易发生人身触电事故，必须采取一系列安全技术措施，并建立严格的安全用电制度，保证用电安全。03技术经济合理供电容量满足生产要求，电能质量好——电压与频率稳定在允许范围内；同时建设投资少、运行维护费用低，达到供电经济的要求。4.1.2露天采矿场供电系统露天采场：不少于两回路，开环运行·电源线路一般不少于两回路，分列或开环运行较好；采场接地故障较多，开环可缩小事故范围、便于查找，并在设备分散时减少误操作。·有淹没危险的凹陷采场，主排水泵电源线不少于两回、宜有一路专用；任一回路停电时，其余线路至少承担最大排水负荷。供电方式分为三种环形线横跨线：由环形线引向采场内，垂直于采矿台阶、跨越多个台阶架设。纵架线：由环形线引向采场内，沿采矿台阶、平行于台阶架设。放射式由变电所直接向各采场用电点放射状供电，又分为横式与纵式布置。干线式沿干线引出分支供电。单干线式一般用于小型采场及排土场。4.1.2井下供电系统浅井供电与深井供电的不同接法浅井供电系统深度约100m采区用电从采区地面向下打钻眼供电，钻眼内敷设钢管加固，在钻眼附近地面设置变电房。供电路径：高压电→地面变电房→低压电→钻眼→配电硐室→采区深井供电系统深度大于100m，负荷与电源距离常超2000m需设高压配电。从电源取得35kV，双回路或环形供电深入负荷中心——地面变电所，降压至6kV接至两段单母线。除配给地面高压设备外，两段母线各以高压电缆经井筒接入井下中央变电所：一部分直供高压水泵电机（重要负荷双回路）；另一部分送至采区变电硐室降压后供采区设备。特点：深井系统供电可靠、电压等级符合标准，各级变电所将高压接入负荷中心，保证供电质量。4.1.3矿山电压等级、用途及标识矿区供电电压，主要分交流电压和直流电压类别电压等级主要用途交流36V井下电气设备控制回路与局部照明127V井下照明及手持电钻220V地面和井下照明380V地面及井下低压动力660V井下低压动力1140V井下综合机械化低压动力3000/6000/10000V高压电机及配电35/60kV高压输电直流250/550V架线式电机车110/220/440V一般动力用电80/110/120V蓄电池电机车2.5/4.0V矿灯4.1.3安全电流、安全电压与安全标志安全电流值与五级安全电压人体安全电流值交流（50–60Hz）30mA|直流50mA注意：电流长时间通过人体，叠加其他不利因素后，即使小于上述数值也可能不安全。我国安全电压五个等级42V36V24V12V6V采掘工作面与天井照明、金属容器内及潮湿地点作业，必须采用安全电压；36V线路也须良好绝缘（曾发生触电致死事故）。电气安全标志作用：提示注意、区别电气线路与设备的性质和用途。警告提示：闪电符号；高压电器注明"高压危险"；检修设备开关悬挂"有人维修，禁止送电"警告牌。颜色标志：红色按钮表示停机，绿色按钮表示开机；另设各种用途的电气信号指示灯。4.1.4矿用电缆及矿山照明电缆按敷设方式分两类，照明按场所定电压矿用动力电缆两大类铠装电缆（硬电缆）机械强度高，但不易弯曲，主要用于固定或半固定设备供电。橡套电缆（软电缆）易弯曲、较轻便，主要用于移动机械供电。分普通型和屏蔽型两种。矿山照明要求（GB16423-2020）①井下所有工作地点、安全人行道及通往工作地点的人行道都应设照明。②采掘工作面可采用移动式电气照明，移动式电灯电压不大于36V。③露天矿照明网路及移动式机械、机组的固定照明点，电压不得超过220V。④炸药库照明按《爆破安全规程》执行。⑤采区变电所到照明变压器的380V线路应为专用线，不得与动力线共用；照明电源从变压器低压侧自动开关之前引出。井下电缆的选型与敷设要求电缆选型井下应采用低烟、低卤或无卤阻燃电缆竖井/倾角≥45°：粗钢丝铠装水平/倾角<45°：钢带或细钢丝铠装移动变电站：监视型屏蔽橡套电缆移动、手持设备：矿用橡套软电缆硐室：塑料护套钢带（钢丝）铠装信号、控制线路：铠装电缆重要电源、移动设备、爆炸危险环境：铜芯电缆敷设要求竖井井筒内电缆不应有接头敷设在钻孔中的电缆应紧固在钢丝绳上在水平巷道的个别地段沿底板敷设电缆时应用钢质或不燃性材料覆盖；电缆不应敷设在排水沟中悬挂间距：水平/倾斜巷道≤3m，竖井≤6m不应敷设在排水沟中与风水管平行：敷设在其上方≥300mm高低压同侧敷设：高压在上方，间距≥100mm橡套电缆接地芯线不得兼作他用4.1.4矿用电缆及矿山照明4.2矿山电气安全管理技术·4.2.1触电事故电气事故分人身触电与设备事故两类电气事故包括两大方面：人身伤亡事故（触电，含直接接触与间接接触）和设备事故（电弧、电火花、危险温度引起的电气火灾等）。电击电流通过人体内部，使肌肉非自主痉挛性收缩；严重时损坏心脏、肺部及神经系统，直至危及生命。触电死亡事故中，绝大多数是电击死亡。电伤电流的热效应、化学效应、机械效应对人体造成的伤害，多在肌体表面留下伤痕，造成电伤的电流较大。包括：电烧伤、电烙印、皮肤金属化、机械损伤、电光眼等。危害程度主要取决于电流大小与持续时间；超过摆脱电流（十几毫安）即无法自行脱离，通过心脏可致心室颤动甚至停跳。4.2.1触电事故的主要原因触电事故是矿山最常见的用电事故1触及漏电导线与设备：破皮、绝缘损坏的电线电缆，或接线不合理使带电体触及设备外壳。2误触带电体或小于安全距离接近高压：携带导电长器具碰线、靠近高压线路。3违反安全操作规程，如井下带电作业。4停电检修时未停电、停错电，或与邻近带电体之间未加防护遮栏。5检修未完提前送电；停电后未挂标志牌、未闭锁或闭锁不可靠、未设专人看管，他人误以为掉闸而误送电。6电容大的线路、电缆和设备（电容器）停电后未放电就开始工作。7电气设备未接地线。4.2.2绝缘、屏护和安全距离三道防线：绝缘封闭、屏护隔离、保持间距绝缘用绝缘材料把带电体封闭起来。常用材料：塑料、橡胶、瓷、玻璃、云母、矿物油等。井下应使用矿用阻燃电缆；材料受潮或受机械损伤后会丧失绝缘性能，井下尤需注意。屏护用护罩、护盖、遮栏、箱匣将带电体与外界隔离。开关可动部分及高压设备无论是否绝缘均应屏护。还能防止电弧伤人与电弧短路。金属屏护装置除与带电体绝缘良好外，还须接地或接零。安全距离带电体之间、人员与带电体之间保持间距，防止短路、放电伤人，兼防火灾与混线。检修间距：10kV及以下≥2m35kV≥2.5m低压工作≥0.1m4.2.3中性点接地方式及其特点井下为何必须采用中性点不接地系统中性点直接接地人体触及电网一相时，通过人体的电流较大，危险性大。优点：能限制窜入电网的高电压。中性点不接地人触及一相时危险性较小；可减小杂散电流，防止其引起电雷管爆炸。缺点：不能限制对地高电压（雷击、高压线搭接等），发生时会造成严重事故。矿山规定：露天采场内及井下禁止采用中性点直接接地系统；地面供电一般采用直接接地。小型矿山可用"矿井安全供电隔离器"实现地面、井下分开供电。4.2.4矿井保护接地保护接地：给外壳电流一条入地的捷径保护接地是把电气设备正常不带电的金属部分，通过接地体和接地线组成的接地装置接地，适用于中性点不接地系统。设备外壳带电后，电流经接地装置导入地下；接地电阻远小于人体电阻，人体接触时通过人体的电流被大大分流，从而降低触电危险。接地网与接地电阻限值≤2Ω接地网上任一保护接地处测得的接地电阻≤1Ω移动电气设备至接地干线的接地导线电阻≥2组水仓中主接地极不少于两组，并联形成接地网4.2.5矿井保护接零保护接零：靠单相短路迫使保护装置跳闸在380V、220V三相四线制中性点接地系统中，用导体将设备金属外壳与中性点接地的零线连接并重复接地。当某相碰壳时，经接零线造成单相短路，促使漏电保护等装置动作、切断故障电源。六条注意事项1同一低压电网中，不允许一部分设备接零、另一部分接地。2应重复接地：架空线终端、车间配电柜等处装设重复接地装置。3零线不得装开关或熔断器，防止零线断开时出现高电压触电。4接零必须齐全、牢固可靠、有足够机械强度，连接良好。5接地电阻值应符合安全规程要求。接地装置经常检查维护，接地电阻每年测定一次。64.2.6/4.2.7漏电保护与过电流保护漏电保护防触电，过流保护防烧毁火灾漏电保护装置作用：防止电网漏电及其危害，以及人体触及带电体造成的触电事故。原理：漏电时检测机构取得异常信号，经中间机构转换传递，促使执行机构动作，自动切断电源。选型：按具体环境、线路状况和保护对象选择类型，既可靠保护又避免误动作。过电流保护装置过电流指电流超过规定值，分短路与过载两种，均可使设备过热、绝缘损坏、烧毁甚至火灾。发生时迅速切断故障部分电源，其他部分照常运行。常用装置：熔断器、热继电器、电磁式过电流继电器；应合理整定额定电流与动作阈值。4.2.8矿井内部保护接地措施凡金属外壳、金属外皮一律接地，并联不串联所有电气设备金属外壳、电缆配件与金属外皮、巷道中接地电缆线路的金属构筑物等都必须接地。应设局部接地极的地点装有固定电气设备的硐室和单独高压配电装置采区变电所和工作面配电点铠装电缆每隔约100m就地接地一次，遇接线盒时应接地接地系统一般规定所有需接地设备和局部接地极与接地干线连接，干线再与主接地极连接成网。移动、携带式设备用橡套电缆接地芯线接地并接干线。每台设备单独接地连接线，禁止多台串联，必须并联。电缆金属外皮可靠电气连接接地构成干线；无外皮可利用时另敷干线。钻孔中电缆无法接干线时，主接地极设在地面，钻孔套管可兼作接地极；主接地极设于水仓或积水坑，不少于两组。4.2.9GB16423-2020规定的保护接地接地极与干线的材料规格、电阻限值部位材料与规格要求设置位置/备注主接地极钢板面积≥0.75m²、厚度≥5mm水仓或集水井，不少于两组；两组不得置于同一水仓接地干线扁钢截面≥100mm²、厚≥4mm；或圆钢直径≥12mm连接主接地极与各局部接地极，构成总接地网设备连接线扁钢截面≥48mm²、厚≥4mm；或圆钢直径≥8mm设备外壳与干线、电缆接线盒两头金属连接局部接地极

（水沟/积水坑）钢板面积≥0.6m²、厚≥3.5mm，或同表面积钢管平放于水沟深处局部接地极

（其他地点）钢管直径≥35mm、长≥1.5m、壁厚≥3.5mm，管壁至少20个≥5mm的孔竖直埋入地下；接地钢材应镀锌电阻限值：任一主接地极断开时，接地网上任一点总接地电阻≤2Ω；移动设备与接地网间保护接地线电阻≤1Ω。4.2.10电气安全的组织管理三项制度：工作票、工作监护、恢复送电一工作票制度准许在设备线路上工作及停送电、倒闸操作的书面命令，写明任务、时间、停电范围、安全措施、负责人并双方签字，据以协调避免误送电；紧急情况可用口头或电话命令并记录；紧急事故处理可不填票，但须做好安全保护并专人监护。二工作监护制度防止工作人员麻痹大意或因不熟悉设备造成差错，随时提醒遵守安全规定；一旦发生事故，监护人可立即采取紧急措施，避免事故扩大。三恢复送电制度完工后整理现场、人员全部撤离，向值班人员交代并复查确认，在工作票填明结束时间；值班人员接齐完工报告并确认无误后方可送电，合闸后运行正常方可离开。4.2.11电气设备和线路检修程序检修六步：停电→验电→放电→接地→遮拦→挂牌1停电所有可能来电线路全部切断并有明显断开点；变压器、电压互感器高低压两侧断开；断开操作电源并锁把手。2验电用与电压等级相适应的验电器验电；高压验电必须戴绝缘手套、穿绝缘鞋。3放电用绝缘杆消除残存电荷；线地之间、线线之间均放电；电容器等用专门放电设备。4装接地线各可能来电/感应部位均装临时接地线并三相短路；先接接地端后接设备端，拆除相反；专用线夹固定，严禁缠绕。5装遮拦部分停电时，安全距离小于0.7m的未停电设备装临时遮拦。6挂牌开关加锁挂"有人维修，禁止送电"；遮拦处挂"止步，高压危险"。4.2.12矿山电气火灾事故及预防电气火灾七成以上源于低压橡套电缆常见起火原因·设备选用不当；线路年久失修、绝缘老化短路·超负荷运行；维修不当致接头松动·设备积尘受潮、热源靠近电器或易燃易爆物·通风散热不良；电焊火星引燃易燃物事故占比：低压橡套电缆着火占70%以上，其后为铠装电缆、矿用变压器、灯泡电炉采暖等着火。八项预防措施①选用合格矿用阻燃、低卤或无卤橡套电缆，悬挂符合规程。②避免外力打击电缆；开关跳闸后不查明原因不得反复强送。③电缆不准成堆堆放或压埋，接线盒附近不得存放易燃物。④正确连接电缆，不得用捆接法和压接法。⑤变压器绝缘油定期化验、不合格即换；采用干式矿用变压器。⑥井下不准用灯泡、电炉取暖。⑦机电硐室不燃物支护、不存易燃物、设防火门。⑧电焊作业办理动火证并采取防火措施。4.2.13矿山电气设备事故及预防（一）电动机三相异步电动机为何容易烧毁1内部绝缘破坏，如风叶刮伤线匝造成匝间短路。2绝缘老化、长期过载、风道堵塞散热不良；温升超额定值寿命减半。3绝缘受潮，绝缘水平降低而击穿短路。4电压过低、运输机卡链重载堵转，电流急剧上升。5电压过高，如Y形误接成Δ形，绕组承受线电压击穿。6断相运行，电流加大1.73倍。7频繁起动，起动电流为正常运行的5–7倍。8保护不合格，事故时不跳闸、不能切断短路电流。9安装质量缺陷：轴扭曲、轴承不正、不上油。10双电机拖动不同时起动或单机运行。11制造和维修质量存在问题。12设计选型不合理，额定容量小于实际负载，是过载主因之一。4.2.13矿山电气设备事故及预防（二）开关设备开关设备：保护装置绝不能甩开不用常见事故与维护要求·接触器控制变压器烧毁：绝缘不良、衔铁吸持间隙大或衔铁短路，激磁电流过大致线圈过热。·触头烧焊：压力不足、电弧灼烧后点接触、超载或超切断容量，导致不能断电。·隔爆型开关：隔爆面间隙不超标、光滑度符合要求。血的教训某矿开关内部短路持续，保护未跳闸，短路电弧烧穿开关外盖，火焰窜出引燃机油、油棉纱和橡胶电缆，造成大量人员伤亡。要求：保护装置按规定整定，既不能甩开不用，也不能任意整定。短路容量：井下高压网络不宜超过70MVA，超限应串联电抗器限流；非井下专用油断路器最大遮断容量不得超过额定容量的一半。4.2.14矿山电工及设备的安全电工现场纪律：七无·七有·六全·六不准七无无鸡爪、无羊尾、无明接头；无电缆泡水或埋压；无盘圈或8字盘绕（应挂巷道壁）；无电缆与可燃物接触；无延燃性电缆。七有有过流、过热和断相保护；有漏电保护及漏电闭锁；有埋头细丝及弹簧垫圈；有密封挡板和密封胶圈；有接地保护；有双回路电源；有中和酸碱液的溶液。六全图纸资料全；防火用具全；防护装置全；防火门全；信号照明全；运行及事故记录全。六不准①不准带电作业、搬迁和检修设备；②不准明火放炮、打点、操作；③④⑤不准甩掉过流、漏电、接地保护；⑥不准甩掉电钻、电机综合保护器。两齐：电缆悬挂齐、硐室干净整齐。二坚持：坚持使用漏电继电器、坚持使用电机综合保护器。4.3矿井通风安全管理·4.3.1矿井空气通风为井下供给新鲜空气、稀释有害气体地面空气进入矿井后，因凿岩、爆破、装矿、矿石氧化、木料腐烂等产生粉尘和有毒有害气体，形成矿内污浊空气。必须通风防尘，供给新鲜空气、排除稀释有害气体与粉尘，改善作业环境。≥20%采掘工作面进风流中氧气浓度不得低于20%≤0.5%采掘工作面二氧化碳浓度；总回风流中不得超过0.75%≥1.5%采掘工作面或采区回风道二氧化碳达1.5%时，必须停工处理矿井空气中常见有害气体（CO、NO₂、SO₂、H₂S、NH₃）的最高容许浓度见下页表4-1。4.3.1矿井空气中有害气体的最高容许浓度表4-1五种常见有害气体浓度限值有害气体名称符号最高容许浓度/%一氧化碳CO0.0024氧化氮（折算成二氧化氮）NO₂0.00025二氧化硫SO₂0.0005硫化氢H₂S0.00066氨NH₃0.004来源：《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2020）表4-14.3.2矿井进风应满足的要求供风量与排尘风速的最低标准供风量基准·井下工作人员：不少于4m³/(min·人)·柴油设备运行：不少于4m³/(min·kW)破碎机硐室风量·旋回破碎机：不小于12m³/s·其他破碎机：不小于8m³/s·采用2台破碎设备：不小于12m³/s排尘风速（最低m/s）电耙道、二次破碎巷道≥0.5巷道型采场、掘进巷道≥0.25箕斗硐室、装矿皮带道≥0.2硐室型采场≥0.15饰面石材开采≥0.064.3.2井下气象条件湿球温度越高，允许作业时间越短、风速越大湿球温度作业要求最低风速≤27℃可连续作业；不满足时应制冷降温或防护—27–30℃连续作业时间不超过2小时≥1.0m/s25–27℃正常作业≥0.5m/s20–25℃正常作业≥0.25m/s<20℃正常作业≥0.15m/s>30℃应停止作业—进风井巷空气温度不低于2℃；低于2℃应有空气加热设施，但不得明火直接加热。严寒地区提升竖井与安全出口竖井应保温防结冰，处理结冰前先撤离人员并设警戒。4.3.3通风系统机械通风：有效风量率不低于60%系统总体要求地下矿山应采用机械通风；有在线监测的按结果调整，未设监测的每年检测1次，并及时更新通风系统图。有效风量率不低于60%；未形成系统通风、采场未形成贯穿风流前不得回采。主要进风风流不直接通过采空区或塌陷区，必须通过时砌筑严密通风假巷引流。主要进、回风巷经常维护，不堆放材料设备；放射性矿山回风井与进风井间距大于300m。箕斗井、混合井作进风井时应采取净化措施。硐室与通风构筑物破碎硐室、主溜井污风净化达标后方可入系统，未达标引入回风道。爆破器材库应有独立回风道；充电硐室空气中氢气体积浓度不超过0.5%；所有机电硐室供给新鲜风流。采场、二次破碎巷道、电耙巷道