煤矿区防爆监控设备设计安装与施工

　　据报道，“十二五”期间，我国将形成10个亿吨级、10个5000万吨级特大型煤炭企业，全国煤矿采煤机械化程度达到75%以上，十二五规划还将煤矿企业的数量目标控制为4000家。到2015年，30万吨以下的小煤矿产量将减少为5亿吨，占全国煤炭总产量的13%。煤炭总产量将达到36-38亿吨，大型煤矿占25亿吨，将从“十一五”期间56%提高到66%，大型煤矿成为产煤主导。由此可见，我国煤炭工业将迎来一个繁荣时代。然而，任何产业的持续发展都是利弊共存的，煤炭产业亦是如此，在产业繁荣的背后同样隐藏着诸多尴尬。除了环境污染外，煤矿安全事故频发也备受关注。

　　煤矿安全问题与安全措施要求发展

　　国家煤监局早在2010年11月宣布，建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的确定时间表，将分区分阶段在全国范围内煤矿快速推动，各省地区煤矿井必须在规定期限内完成这“六大系统”安全避险工作。即在2011年底前，所有煤矿必须完成监测监控系统、压风自救系统、供水施救系统、通信联络系统、井下人员定位系统和井下紧急避险系统以及矿井监测监控、压风自救、供水施救和通信联络系统的建设完善工作，国内重点煤矿必须完成井下人员定位系统建设工作，所有国有煤矿、天然气瓦斯矿井及重点煤矿中的高瓦斯和容易自燃煤层的开采矿井，都必须在2012年6月前完成紧急避险系统的建设工作，而其它煤矿也必须在2013年中前完成紧急避险系统的建置。

　　煤矿安全的建置内容包括矿井监测监控系统、井下人员定位系统、井下紧急避险系统、矿井压风自救系统、矿井供水施救系统及通信联络六大系统，其中各个系统皆对应不同程度的安全隐患。因而，在施工建置一套良好的安全监控系统时，就必须了解各类安全隐患及煤矿地质结构环境。此外，煤矿系统的监控类型区分也至关重要。一般来说，煤矿安全监控可分为井下的安全监控和井上安全监控。因煤矿井下作业深入地表内层，地质及地层结构相对复杂，而且环境潮湿温热、空气质量恶劣，由此非常容易发生安全事故。当前，为了有效地发挥六大安全系统作用，各地煤矿局已经开始通过采用各种远程视频监控系统，实现地面对井下情况实时视频及数据状态直观的掌握，不但可以记录发生在矿井下工作现场视频及气体数值情况，还能及时发现井下隐患，避免发生矿难。而这六大系统应用上的安装施工细节也极为广泛，由于篇幅关系，笔者在此仅就煤矿视频安全监控防爆措施部分分享个人拙见，以期与诸位共进。

　　煤矿安全监控设备的防爆要求

　　据统计，国内目前煤炭产量约占世界总产量的40%左右，位居世界第一，煤矿安全事故及伤亡人数同样名列前茅。仅在2010年上半年，中国共发生一次死亡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，分别上升36.4%和53.4%。在这些事故中，尤以瓦斯爆炸、煤矿岩层坍塌、岩壁涌水等居多。从安全防范角度看，矿难的出现究其根源不外乎煤矿安全监测设备不足、设备管线防爆性能不符规标准以及人为监控管理方式落后。因而，如何合理应用安防设备防止煤矿爆炸，为煤矿安全监控提供了良好的安全保障意义重大。

　　通常，煤矿的监控设备必须考虑防爆的可能性。设备装置的机构组成、施工特点及布线，都会因为煤矿内存在易燃、易爆的气体或液体而可能引发爆炸。此外，开采设备的高温混合现场有害气体也有可能造成煤矿爆炸。以监控系统来说，防爆监控施工首先要排除由于监控系统的运行而引发的气爆与燃爆，其次要根据煤矿井内外现场可能易燃易爆物的特性来选择监控防爆箱的等级及材质。目前煤矿井外可能易燃易爆物主要有以下几种：汽油、柴油、液态烃、清洁汽油、甲烷以及现场可能出现一些硫化氢、CO等有害气体。这些煤矿区易燃易爆物按照爆炸性物质的基本分类，属于Ⅱ类;按照爆炸性混合气体分级，基本属于A级;按照爆炸性气体引爆温度分级，分别属于T1、T2、T3级。所以监控设备的防爆形式安中国国内规定可以参考下列认证来选型。由于相对应有太多国际兼容的认证因此在认识防爆兼容性上一定要了解以下认证标准的内容，才能确保防爆施工的应用合格。

　　防爆公用标示——国际电工委员会(IEC)简用“Ex”或是用欧洲电工委员会简称“EEx”。防爆型式标示：隔爆型用“d”;充油型用“o”;增安型用“e”;无火花型用“n”;正压型用“p”;浇封型用“m”;充砂型用“q”;特殊型用“s”;本质安全型用“i”，还细分为“ia”和“ib”级。

　　依设备环境区分：I类、II类。

　　依气体类别区分：A、B、C。

　　温度高低区分wei T1至T6。

　　例如Ex d II C T3，表示隔爆型防爆设备，可应用于II类爆炸性气体环境，C气体组，温度组别T3依此类推。

　　煤矿防爆监控设备选型事项

　　由于存在电压低、电流小、功率小、频率高等特性，视频监控在煤矿安全监控中应用必须考虑在防爆要求下的光线变化、视频传送效果稳定度和可靠性等。通过高危环境现场的低照夜视摄影机设备，不仅需要监视煤矿井上井下运行状态，而且要提供高画质的视频图像。因此在防爆要求下，煤矿监控设备的设计与选型就更加重要。使用防爆装置主要是使摄影机、镜头、云台等电器设备在煤矿井上或井下危险环境中不会引起燃烧甚至爆炸。通常这些设备都必须具备相当厚度的铸铝或不锈钢制成坚固的防内压爆炸的外壳，所以在施工安装上必须注意选择以下条件产品在煤矿视频监控中使用，这些设备包含：

　　内压防爆型防护罩

　　采用内压防爆原理，使用一定厚度的铸铝或不锈钢做成的防护罩，窗口玻璃采用钢弹材质玻璃，同时具有抗爆功能，内压防爆通常具密闭性所以要采用的摄像机必需能耐较高工作温度，同时保护罩体必须要耐腐蚀的能力。至于其他附件安装，除内部加热除雾等设备外，其余的皆可省去，以免适得其反。

　　内压防爆型云台

　　至于回转云台部分，由于本身具有启动马达电路功能，起定电流可能产生火花，因此在外壳上防爆云台必须要选择密闭度高且是铝或不锈钢金属材质，而且要能耐酸碱腐蚀及厚度具有一定承受耐内压爆炸的能力。回转云台虽然体积大，但在制高安装要求下，重量与体积都是对工程人员一大挑战。

　　监控设防爆接线箱

　　矿区所用监控防爆控制箱与一般设备接线设备的不同。从缆线的连接、分配到装入前端光纤或网络传输设备，从控制接收器、总电源开关到漏电断路保护器以及避雷器或突波吸收等设备，皆与防爆控制箱相关联。加上这些设备又易引发气燃气爆，因此防爆接线箱的材质及厚度尤为重要。一般而言，大小尺寸需求，必须将所有设备放入后模拟接线空监及接头转折顺畅才算可以采用，不然因为省成本而采用空间过小的终端设备箱，反而会造成设备温度过高接头脱落。

　　煤矿防爆监控设备的设计施工

　　对煤矿防爆监控设计，除了按依照防爆监视监控系统设计规范以外，也可参考我国在防爆部分制定了的爆炸性环境电气和应用设计标准，其中GB50198-94、GA/T70-94 、GB/T15411-1994、 GB/T13953-1992特别值得关注。设计煤矿防爆安全监控时，应根据井下及井上所释放危险源的类别、级别和物质的特性、环境情况等因素等来决定设计与安装施工的内容，因此我们也有必要对煤矿安全监控在施工与安装上进行一番了解与认知。

　　煤矿监控设备的防爆施工安装注意事项

　　如图1所示，煤矿在监控防爆施工安装注意事项上主要包括以下几点：

　　· 摄影机一定要保护在防爆保护罩内，保护罩也应根据环境需要具备一定防爆等级;

　　· 处于防爆需求，红外线LED照明摄影机来不适合作为井下低光源夜视监看;

　　· 在煤矿防爆区，所有的管线除了接地线所用的管线及埋入地下的管线外，其余一切管路必须采用金属镀锌钢管来配置;

　　· 若为回转式摄影机也必须是采用防爆式云台或一体式防爆结构才可以;

　　· 无论是井外还是井内，摄影机都必须加装设接地线，以免漏电所产生的电流引发然爆或气爆;

　　· 防爆管路必须要设置有泄水装置，以免冷凝作用使管内积水造成管壁腐蚀;

　　· 金属防爆管与金属镀锌管接续处不需采用防爆隔离接头(DRAIN)，并填入防爆隔离胶合剂(或称防爆管沙填充剂)，防爆管沙填充剂填入管入至少表有45厘米(18英寸)的长度填满才具防爆效力隔离，才能防止管内线路短路造成火花爆炸;

　　· 设备与金属镀锌管或软管接续处需用防爆隔离接头隔离;

　　· 防爆区与非防爆区管路接续也必需用防爆隔离接头隔离(图2);

　　· 所有进入设备的管路尽量从设备或防爆箱下方进入施工，以免造成管路松脱或进水;

　　· 电力动力线与视频信号及避雷接地线都必须分管配置以免产生回火以置设备受损或产生爆炸;

　　· 防爆终端设备接续箱内的接头必须是可以锁扣式或有螺丝端子固定方式，以免线路脱落，尤其是电源部份以致造成火花爆炸;

　　· 摄影机终端防爆箱的像门大部分都是以螺丝固定，在设备完成调校后必须一顺时会逆时钟方向，逐一将固定螺丝上紧以平衡箱盖压力，避免密闭不良而漏气产生气爆;

　　· 系统接地必须采用一点接地方式。接地应采用铜质线，不得形成封闭回路，同时不得与大电流的电力接地混接;

　　· 防爆监控系统得采独立接地装置时，其接地电阻不得大于4Ω(参考国家规定);

　　· 若在煤矿井内采用光缆传输，各井坑道上的光端机外壳应接地，且最好跟分监控点的设备如摄像机等一起并联接地。若坑井中缆线架有接续也应做好每个线槽连结接地以确保安全;

　　· 煤矿区最容易遭受雷击的设备要属前端摄像机，若是架设在井外，设备必须加装避雷针。

　　以上是煤矿安全监控在施工安装上所要注意事项与措施。由于一般煤矿井下都会充满甲烷、煤尘爆炸等危险因素，因此也有部分矿区尝试无线传输，移动式监控系统也在开始进入煤矿安全监视中。视频信号和摄像机电源共缆传输，摄像机本身带有超高亮度LED白光灯，适合在矿井下照明条件不良或无光照环境下使用，在低照度情况下可拍摄出清晰的图像，使得煤矿安全监视得以更安全的应用于煤矿最深处掘进面工作区域，为矿井下安全监控提供更广阔性的安全保障。至于煤矿安全监控数字化，目前也有部分煤矿场在透过交换机的连结组成局域网络，及透过以既有双绞电缆和以太网交换机组成的煤矿场区局域网，或利用光纤以太网交换局域网络，使得煤矿安全监控也得已在施工安装阶段上逐步进入全IP网络化领域。

　　结语

　　实现煤矿安全生产的目标离不开矿区安全防范的建置，但在矿区这一特殊监控环境下，安防设备的执行必须满足防爆要求。煤矿防爆要求应是所有煤矿六大安全系统的共同基本的条件，但因煤矿井下的环境变化实在难以完全掌控，所以唯有不断改进视频监控系统的施工安装方式及条件，如此才能顺利在防爆条件限制下发挥更强的监控效能。