井下人员定位系统与

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1、井下人员定位系统与通信联络系统孙继平博士教授博士生导师中国矿业大学（北京）副校长,1引言2井下人员定位系统3矿井通信联络系统4煤矿电气安全5煤矿物联网及其在煤矿安全生产中的应用,1引言国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知（国发201023号）要求煤矿和非煤矿山要安装监测监控系统井下人员定位系统紧急避险系统压风自救系统供水施救系统通信联络系统等技术装备,我在国家安监总局2010年第9期视频专题讲座上，与大家共同研究了煤矿井下安全避险“六大系统”中的第1个系统-矿井监测监控系统。受到好评，谢谢大家的支持。今天我与大家共同研究煤矿井下安全避险“六大系统”中的另外两个系统-井下人员定位系统和矿井

2、通信联络系统。然后介绍煤矿电气安全。最后介绍一下煤矿物联网及其在煤矿安全生产中的应用。,由于时间关系，有些内容不能展开，需要进一步研究的同志请查阅下述文献：1孙继平.煤矿井下人员位置监测技术与系统J.煤炭科学技术，2010，38（11）:1-4.2孙继平.矿井通信技术与系统J.煤炭科学技术，2010，38（12）:1-4.3孙继平.煤矿电气安全关键技术研究J.工矿自动化，2011，（1）：1-44孙继平.煤矿安全生产监控与通信J.煤炭学报，2010,35（11）：1925-19295孙继平.煤矿物联网特点与关键技术研究J.煤炭学报，2011,36（1）:167-171.6孙继平.煤矿安全监控技

3、术与系统J.煤炭科学技术，2010，38（10）:1-4.,煤矿井下具有瓦斯等易燃易爆气体和煤尘，煤矿用井下人员定位系统和矿井通信联络系统，有电气防爆等特殊要求。因此，下面我重点介绍煤矿用井下人员定位系统和矿井通信联络系统。,2矿井通信联络系统国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知（安监总煤装2010146号）要求煤矿要按照在灾变期间能够通知人员撤离和实现与避险人员通话的要求，进一步建设完善矿井通信联络系统。矿井通信联络系统又称矿井通信系统，是煤矿安全生产调度、安全避险和应急救援的重要工具。,2.1特点煤矿井下是一个特殊的工作环境，因此矿井通信

4、系统不同于一般地面通信系统，具有如下特点：（1）电气防爆；（2）传输衰耗大；（3）设备体积小；（4）发射功率小；（5）抗干扰能力强；（6）防护性能好；（7）电源电压波动适应能力强；（8）抗故障能力强；（9）服务半径大；（10）信道容量大；（11）移动速度慢。,2.2分类矿井通信系统包括:(1)矿用调度通信系统；(2)矿井广播通信系统；(3)矿井移动通信系统；(4)矿井救灾通信系统等。,2.3矿用调度通信系统矿用调度通信系统一般由矿用本质安全型防爆调度电话、矿用程控调度交换机（含安全栅）、调度台、电源、电缆等组成，如图1所示。矿用本质安全型防爆调度电话实现声音信号与电信号转换，同时具有来电提示、

5、拨号等功能。程控调度交换机控制和管理整个系统，具有交换、接续、控制和管理功能。,矿用程控调度交换机,调度台,广播控制设备,矿用本安电话,防爆广播设备,防爆广播设备,矿用本安电话,矿用本安电话,录音设备,防爆显示屏,防爆显示屏,图1矿用调度通信系统和矿井广播通信系统,调度台具有通话、呼叫、强插、强拆、来电声光提示、录音等功能。矿用调度通信系统不需要煤矿井下供电，因此，系统抗灾变能力强。当井下发生瓦斯超限停电或故障停电等，不会影响系统正常工作。当发生顶板冒落、水灾、瓦斯爆炸等事故时，只要电话和电缆不被破坏，就可与地面通信联络。矿用调度通信系统抗灾变能力优于其他矿井通信系统。,2.4矿井广播通信系统

6、矿井广播通信系统一般由地面广播录音及控制设备、井下防爆广播设备、防爆显示屏、电缆等组成，如图1所示。地面广播录音及控制设备具有广播、录音、控制等功能，一般由矿用程控调度交换机和调度台承担。防爆广播设备将电信号转换为大功率声音信号，及时广播事故地点、类别、逃生路线等。防爆显示屏显示事故地点、类别、逃生路线等信息。,2.5矿井移动通信系统矿井移动通信系统一般由矿用本质安全型防爆手机、矿用防爆基站、系统控制器、调度台、电源、电缆（或光缆）等组成，如图2所示。,系统控制器,基站,调度台,图2矿井移动通信系统,矿用本质安全型防爆手机实现声音信号与无线电信号转换，具有通话、来电提示、拨号、短信等功能，部分

7、本安防爆手机还具有图像功能。矿用防爆基站实现有线/无线转换、并具有一定的交换、接续、控制和管理功能。系统控制器控制和管理整个矿井移动通信系统的设备，具有交换、接续、控制和管理等功能。,调度台具有通话、呼叫、强插、强拆、广播、来电声光提示等功能。矿用防爆基站和防爆电源设置在井下，矿用本质安全型防爆手机主要用于井下。当井下发生瓦斯超限停电或故障停电等，会影响系统正常工作。因此，严禁矿井移动通信系统替代矿用调度通信系统。,2.6矿井救灾通信系统矿井救灾通信系统一般由矿用本质安全型防爆移动台、矿用防爆基站（含话机）、矿用防爆基站电源（可与基站一体化）、地面基站通信终端、电缆（或光缆）等组成，如图3所示

8、。矿用本质安全型防爆移动台实现声音信号与无线电信号转换，具有通话、呼叫、来电提示等功能。,地面基站通信终端,防爆基站,矿用防爆基站实现有线/无线转换、具有交换、接续、控制、管理、通话、呼叫、来电提示等功能。地面基站通信终端具有通话、呼叫、来电提示等功能。,图3矿井救灾通信系统,2.7矿用IP电话通信系统矿用IP电话通信系统一般由矿用本质安全型防爆IP电话、矿用防爆交换机、矿用防爆电源（一般有维持系统工作2小时的备用电源，可与矿用防爆交换机一体化）、调度台、地面普通交换机、光缆等组成。调度台和地面普通交换机设置在地面。矿用本质安全型防爆IP电话和矿用防爆交换机设置在井下。当井下发生瓦斯超限停电或

9、故障停电等，会影响系统正常工作。因此，严禁用矿用IP电话通信系统替代矿用调度通信系统。,2.8系统作用矿井通信系统的作用是：（1）煤矿井下作业人员可通过通信系统汇报安全生产隐患、事故情况、人员情况等，并请求救援等。（2）调度室值班人员及领导通过通信系统通知井下作业人员撤人、逃生路线等。（3）日常生产调度通信联络等。（4）矿井救灾通信系统主要用于灾后救援。,2.9救援案例2007年7月29日河南省陕县支建煤矿发生透水事故，共有69人被困。被困人员通过电话及时将被困人数、位置和状况向地面汇报，为救援提供了准确信息，缩短了救援时间。同时通过该电话安抚被困人员，增强了被困人员生还信心。最终被困69人成

10、功获救。,2.10现存问题矿井通信系统是煤矿安全生产、紧急避险、应急救援的重要工具。但部分煤矿没有按照煤矿安全规程等有关要求，装备矿井通信系统；矿用本质安全型防爆电话装备数量和地点均不符合煤矿安全规程等有关要求；许多煤矿没有装备防爆语音广播设备。,2.11技术及装备要求煤矿必须装备矿用调度通信系统；积极推广使用矿井移动通信系统和矿井广播通信系统。矿山救护队应装备矿井救灾通信系统。（1）矿井通信系统应符合有关标准要求，取得矿用产品安全标志准用证和防爆合格证。（2）用于煤矿井下的通信设备必须是防爆型电气设备，在电缆和光缆上传输的信号必须是本质安全型信号。用于煤矿井下的电话必须是矿用本质安全型防爆电

11、话。,（3）煤矿必须装备矿用调度通信系统。用于煤矿井下的调度电话必须是矿用本质安全型防爆电话。调度电话应直接连接设置在地面的地面一般兼本质安全型调度交换机（含安全栅），并由调度交换机远程供电。为防止煤矿井下因事故停电，影响系统正常工作，严禁调度电话由井下就地供电，或经有源中继器接调度交换机。调度电话至调度交换机应采用矿用电缆连接。调度电话至调度交换机的无中继通信距离应不小于10km。,（4）矿井地面变电所、地面通风机房、主副井绞车房、压风机房、井下主要水泵房、井下中央变电所、井底车场、运输调度室、采区变电所、上下山绞车房、水泵房、带式输送机集中控制硐室等主要机电设备硐室、采掘工作面、突出煤层采

12、掘工作面附近、爆破时撤离人员集中地点、采区和水平最高点、井下避难硐室（或救生舱）等必须设有直通矿调度室的调度电话。,（5）积极推广应用矿井广播通信系统，当发生险情时，及时通知井下人员撤离。用于煤矿井下的通信设备必须是防爆型电气设备，在电缆和光缆上传输的信号必须是本质安全型信号。系统应具有扩音广播功能，宜具有显示功能。发生险情时，系统应能通过广播和显示牌，通知事故地点、类别、撤离路线等。井下各行人巷道和作业地点应设置广播设备，宜设置显示牌。,（6）积极推广应用矿井移动通信系统，以提高通信的及时性和有效性。但需要注意的是，矿井移动通信系统和矿用IP电话通信系统均不能替代矿用调度通信系统，这是因为矿

13、井移动通信系统的基站和矿用IP电话通信系统的井下网络交换等设备均需井下供电，其抗灾变能力远远低于不需井下供电的矿用调度通信系统。,（7）矿井移动通信系统具有通信及时和便捷的优点，特别适合煤矿井下移动的作业环境和流动作业人员。煤矿井下带班领导、技术人员、区队长、班组长、瓦斯检查员、安全检查员、电钳工等流动作业人员，宜配备矿用移动电话，以便及时通报安全隐患、紧急避险和调度指挥。（8）救护队应装备矿井救灾通信系统。（9）完善管理制度，制定事故应急预案，在发生灾变时迅速通知井下人员撤离避险。,3井下人员定位系统国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知（安

14、监总煤装2010146号）要求建设完善煤矿井下人员定位系统。发挥井下人员定位系统在定员管理和应急救援工作中的作用。煤矿井下人员定位系统又称煤矿井下人员位置监测系统和煤矿井下作业人员管理系统。,煤矿井下人员位置监测系统具有:人员位置、携卡人员出入井时刻、重点区域出入时刻、限制区域出入时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等监测、显示、打印、存储、查询、异常报警、路径跟踪、管理等功能。在遏制超定员生产、事故应急救援、领导下井带班管理、特种作业人员管理、井下作业人员考勤等方面发挥着重要作用。,3.1特点煤矿井下是一个特殊而又恶劣的环境，无线电信号传输衰减大、GPS信号不能覆盖煤矿井

15、下巷道、有甲烷等易燃易爆气体。因此，GPS不能用于煤矿井下。目前煤矿井下人员位置监测系统主要采用RFID技术。部分系统采用漏泄电缆，还可采用WIFI、ZigBee等技术，除具有人员位置监测功能外，还具有单向或双向紧急呼叫等功能。,3.2系统组成及工作原理煤矿井下人员位置监测系统一般由识别卡、位置监测分站、电源箱（可与分站一体化）、传输接口、主机（含显示器）、系统软件、服务器、打印机、大屏幕、UPS电源、远程终端、网络接口、电缆和接线盒等组成，如图4所示。,矿务局（集团公司）,服务器,电视墙或投影,用户,重点产煤县、市,打印机,打印机,主机,主机,交换机,防火墙,传输接口,分站,识别卡,识别卡,

16、分站,识别卡,识别卡,用户,服务器,路由器,图4煤矿井下人员位置监测系统,识别卡由下井人员携带，保存有约定格式的电子数据，当进入位置监测分站的识别范围时，将用于人员识别的数据发送给分站。位置监测分站通过无线方式读取识别卡内用于人员识别的信息，并发送至地面传输接口。电源箱将交流电网电源转换为系统所需的本质安全型直流电源，并具有维持电网停电后正常供电不小于2小时的蓄电池。,传输接口接收分站发送的信号，并送主机处理；接收主机信号、并送相应分站；控制分站的发送与接收，多路复用信号的调制与解调，并具有系统自检等功能。主机主要用来接收监测信号、报警判别、数据统计及处理、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、

17、控制打印输出、与管理网络联接等。,3.3系统作用煤矿井下人员位置监测系统在遏制超定员生产、事故应急救援、领导下井带班管理、特种作业人员管理、井下作业人员考勤等方面发挥着重要作用。（1）遏制超定员生产。通过监控入井人数，进入采区、采煤工作面、掘进工作面等重点区域人数，遏制超定员生产。（2）防止人员进入危险区域。通过对进入盲巷、采空区等危险区域人员监控，及时发现误入危险区域人员，防止发生窒息等伤亡事故。,（3）及时发现未按时升井人员。通过对人员出/入时刻监测，可及时发现超时作业和未升井人员，以便及时采取措施，防止发生意外。（4）加强特种作业人员管理。通过对瓦斯检查员等特种作业人员巡检路径及到达时间

18、监测，及时掌握检查员等特种作业人员是否按规定的时间和线路巡检。,（5）加强干部带班管理。通过对带班干部出入井及路径监测，及时掌握干部下井带班情况，加强干部下井带班管理。（6）煤矿井下作业人员考勤管理。通过对入井作业人员，出/入井和路径监测，及时掌握入井工作人员是否按规定出/入井，是否按规定到达指定作业地点等。,（7）应急救援与事故调查技术支持。通过系统可及时了解事故时入井人员总数、分布区域、人员的基本情况的等。若事故时，系统不被完全破坏，还可在事故后2小时内（系统有2小时备用电源），掌握被困人员的流动情况。在事故后7天内（识别卡电池至少工作7天），若识别卡不被破坏，可通过手持设备测定被困人员和

19、尸体大致位置，以便及时搜救和清理。,（8）持证上岗管理。通过设置在人员出入井口的人脸、虹膜等检测装置，检测入井人员特征，与上岗培训、人脸、虹膜数据库资料对比，没有取得上岗证的人员不允许下井，特殊情况（如上级检查等）需经有关领导批准，并存储纪录。（9）具有紧急呼叫功能的系统，调度室可以通过系统通知携卡人员撤离危险区域，携卡人员可以通过预先规定的紧急按钮向调度室报告险情。,3.4相关标准有关煤矿井下人员位置监测系统安装、使用、维护与管理的标准有AQ1048-2007煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范。有关煤矿井下人员位置监测系统生产、设计、测试与检验的标准有:AQ6210-2007煤矿井下作业

20、人员管理系统通用技术条件MT/T1004-2006煤矿安全生产监控系统通用技术条件,MT/T1005-2006矿用分站MT/T1007-2006矿用信息传输接口MT/T1008-2006煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求MT/T1081-2008矿用网络交换机MT/T1078-2008矿用本质安全输出直流电源MT/T772-1998煤矿监控系统性能测试方法MT/T899-2000矿用信息传输装置等。,3.5装备要求（1）各个人员出入井口、采掘工作面等重点区域出/入口、盲巷等限制区域等地点应设置分站，并能满足监测携卡人员出/入井、出/入采掘工作面等重点区域、出/入盲巷等限制区域的要求。基于RF

21、ID的煤矿井下人员位置监测系统，宜设置2台以上分站或天线，以便判别携卡人员的运动方向。（2）巷道分支处应设置分站，并能满足监测携卡人员出/入方向的要求。巷道分支的各个巷道应设置分站或天线，以便判别携卡人员的运动方向。,（3）下井人员应携带识别卡。识别卡严禁擅自拆开。（4）工作不正常的识别卡严禁使用。性能完好的识别卡总数，至少比经常下井人员的总数多10%。不固定专人使用的识别卡，性能完好的识别卡总数至少比每班最多下井人数多10%。（5）矿调度室应设置显示设备，显示井下人员位置等。,（6）各个人员出入井口应设置检测识别卡工作是否正常和唯一性检测的装置，并提示携卡人员本人及有关人员。识别卡工作正常和

22、唯一性检测可以采用机器与人工配合的方法，也可采用虹膜、人脸等自动检测方法。煤矿井下人员位置监测系统识别卡正常工作和下井人员每人一张卡，且仅携带表明自己身份的卡，是遏制超能力生产、加强煤矿井下作业人员管理、为应急救援提供技术支持的必要条件。,4煤矿电气安全4.1引言煤矿电气事故，不但会造成人身触电伤亡、电气火灾、设备损毁、引爆雷管和炸药，还会造成瓦斯或煤尘爆炸等重特大事故发生。矿井供电系统不可靠，经常无计划停电，会造成局部通风机和主通风机停风，进而造成瓦斯积聚。电气设备失爆、电缆放炮、电气设备漏电、短路、电气火灾、带电作业等电气火花和危险温度都会引起瓦斯煤尘爆炸。,2006年11月5日发生在大同

23、煤矿集团轩岗煤电公司焦家寨煤矿死亡47人的“11.5”特别重大瓦斯爆炸事故就是典型的例子。该矿由于供电系统不可靠，造成停电、进而造成局部通风机停风、掘进工作面瓦斯积聚；送电后，电火花引起瓦斯爆炸。,因此，加强矿井供电和电气设备管理，建立安全可靠的供电系统，确保供电可靠、通风机连续运转、防爆电气设备防爆性能完好、不产生引爆（燃）周围可燃性气体的电火花及危险温度等是瓦斯防治的重要措施之一，对于避免或减少瓦斯爆炸事故发生，促进煤矿安全生产具有十分重要的意义。,4.2电气火源引爆瓦斯最多，占48.1%2005年-2009年全国发生一次死亡10人以上重特大瓦斯爆炸事故77起，如表1所示。按引爆瓦斯的火源

24、分析，电气火源引爆瓦斯37起，占48.1%；放炮火源引爆瓦斯30起，占39.0%；摩擦撞击火源引爆瓦斯5起，占6.5%；煤炭自燃火源引爆瓦斯2起，占2.6%；吸烟火源引爆瓦斯3起，占3.9%。,表1一次死亡10人以上重特大瓦斯爆炸事故火源分析,4.2.12005年引爆瓦斯火源分析2005年全国发生一次死亡10人以上重特大瓦斯爆炸事故34起。按引爆瓦斯的火源分析，电气火源引爆瓦斯15起，占44.1%；放炮火源引爆瓦斯16起，占47.1%；摩擦撞击火源引爆瓦斯3起，占8.8%。,4.2.22006年引爆瓦斯火源分析2006年全国发生一次死亡10人以上重特大瓦斯爆炸事故15起。按引爆瓦斯的火源分析，

25、电气火源引爆瓦斯7起，占46.7%；放炮火源引爆瓦斯5起，占33.3%；煤炭自燃火源引爆瓦斯2起，占13.3%；摩擦撞击火源引爆瓦斯1起，占6.7%。,4.2.32007年引爆瓦斯火源分析2007年全国发生一次死亡10人以上重特大瓦斯爆炸事故15起。按引爆瓦斯的火源分析，电气火源引爆瓦斯9起，占60.0%；放炮火源引爆瓦斯5起，占33.3%；吸烟火源引爆瓦斯1起，占6.7%。,4.2.42008年引爆瓦斯火源分析2008年全国发生一次死亡10人以上重特大瓦斯爆炸事故7起。按引爆瓦斯的火源分析，电气火源引爆瓦斯1起，占14.3%；放炮火源引爆瓦斯4起，占57.1%；吸烟火源引爆瓦斯2起，占28.

26、6%。,4.2.52009年引爆瓦斯火源分析2009年全国发生一次死亡10人以上重特大瓦斯爆炸事故6起。按引爆瓦斯的火源分析，电气火源引爆瓦斯5起，占83.3%；摩擦撞击火源引爆瓦斯1起，占16.7%。,4.3防爆电气设备安全性分析及使用场所建议用于煤矿井下的电气设备有矿用防爆型（EX）电气设备和矿用一般型（KY）电气设备。其中，矿用一般型电气设备仅用于煤矿井下非爆炸性环境，如：低瓦斯矿井的井底车场、总进风巷和主要进风巷。用于煤矿井下爆炸性环境的电气设备必须是矿用防爆型电气设备。矿用防爆型电气设备主要有：隔爆型（d）、本质安全型（i）、增安型（e）、浇封型（m）和特殊型（s）等。,4.3.1标

27、志无论何种型式的防爆电气设备，都应有明显的防爆标志，它是由防爆电气设备的类型、类别、级别、组别和防爆设备的总标志“Ex”构成。矿用电气设备没有级别和组别之分。因此，不用引出级别和组别。矿用防爆电气设备标志由总标志“Ex”、类型和类别构成。例如：“Exd”表示是类隔爆型防爆电气设备；“Exib”表示是类本质安全型ib等级防爆电气设备。,复合式防爆电气设备必须先标出主体防爆型式，后标出其他防爆型式。例如：“Exdib”表示是类隔爆兼本质安全型防爆电气设备。防爆标志一定要制作在防爆电气设备的最明显处。其标志牌可铆或焊在外壳上，也可以采用凹纹标志。,防爆型电气设备必须设置铭牌，在铭牌的右上方标出“Ex

28、”字样。铭牌应包括以下内容：防爆标志（型式、类别、级别、温度组别等），防爆合格证编号，其他要标出的特殊条件，有关防爆型式专用标准规定的附加标志，出厂日期或产品编号。铭牌可用青铜或不锈钢制成，厚度应不小于1mm。标志应清晰可见，经久不褪。,4.3.2本质安全型本质安全型电气设备的标志为“i”，矿用本质安全型防爆电气设备的标志为“Exib”。本质安全型电气设备的防爆原理是：通过限制电气设备电路的各种参数，或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现了电气防爆。采用本质安全型电路的电气设备称为本质安全型电

29、气设备。,由于本安型电气设备的电路本身就是安全的，所产生的火花、电弧和热能都不会引燃周围环境爆炸性混合物，因此本安型电气设备不需要专门的防爆外壳，这样就可以减小设备的体积和重量，简化设备的结构。因此，本安型电气设备具有安全可靠、结构简单、体积小、重量轻、造价低、制造维修方便等优点，是一种比较理想的防爆电气设备。但由于本安型电气设备的最大输出功率为25W左右，因而使用范围受到了限制。目前本质安全型电气设备主要用于通信、监控、信号和控制系统，以及仪器、仪表等。,本质安全型防爆电气设备安全性最好，可用于煤矿井下各种环境。特别是当瓦斯浓度较高，达到断电浓度时，本质安全型防爆电气设备仍可正常工作。而其他

30、电气设备当瓦斯浓度达到断电浓度后必须停电。本质安全型防爆适用于煤矿监控、通信、控制、信号等弱电系统和设备。因此，煤矿监控、通信、控制、信号等弱电系统和设备应优选本质安全型，设备之间传输的信号必须是本质安全型。,4.3.3隔爆型隔爆型电气设备的标志为“d”，矿用隔爆型防爆电气设备的标志为“Exd”。其防爆原理是：将电气设备的带电部件放在特制的外壳内，该外壳具有将壳内电气部件产生的火花和电弧与壳外爆炸性混合物隔离开的作用，并能承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内电气设备的火花、电弧引爆时所产生的爆炸压力和温度，而外壳不被破坏；同时能防止壳内爆炸生成物向壳外爆炸性混合物传爆，不会引起壳外爆炸性混合物燃烧

31、和爆炸。,这种特殊的外壳叫“隔爆外壳”。具有隔爆外壳的电气设备称为“隔爆型电气设备”。隔爆型电气设备具有良好的隔爆和耐爆性能，被广泛用于煤矿井下等爆炸性环境工作场所。隔爆型防爆电气设备的安全性仅次于本质安全型防爆电气设备，可用于煤矿井下各种场所。大功率电气设备应优选隔爆型电气设备。隔爆型电气设备宜将接线腔与主腔分腔布置，因为主腔一般有接触器等设备，工作时会产生电弧、电火花和危险温度，而接线腔需打开接线，工人操作不当很容易造成失爆。,4.3.4增安型增安型电气设备的标志是“e”，矿用增安型防爆电气设备的标志为“Exe”。增安型电气设备的防爆原理是：对于那些在正常运行条件下不会产生电弧、火花和危险

32、温度的矿用电气设备，为了提高其安全程度，在设备的结构、制造工艺以及技术条件等方面采取一系列措施，从而避免了设备在运行和过载条件下产生火花、电弧和危险温度，实现了电气防爆。增安型电气设备是在电气设备原有的技术条件上，采取了一定的措施，提高其安全程度，但并不是说这种电气设备就比其他防爆型式的电气设备的防爆性能好。,增安型电气设备的安全性能达到什么程度，不但取决于设备的自身结构型式，也取决于设备的使用环境和维护的情况。能制成增安型电气设备的仅是那些在正常运行中不产生电弧、火花和过热现象的电气设备，如变压器、电动机等电气设备。增安型防爆电气设备的安全性低于本质安全型和隔爆型，不得用于总回风巷、主要回风

33、巷、采区回风巷、工作面和工作面进回风巷。,4.3.5浇封型浇封型电气设备的标志为“m”，矿用浇封型防爆电气设备的标志为“Exm”。浇封型电气设备的防爆原理是：将电气设备有可能产生点燃爆炸性混合物的电弧、火花或高温的部分浇封在浇封剂中，避免这些电气部件与爆炸性混合物接触，从而使电气设备在正常运行或认可的过载和故障情况下均不能点燃周围的爆炸性混合物。,浇封型电气设备有整台设备浇封的，也有部件浇封的。对于采取浇封防爆措施的浇封型部件不能单独在爆炸性环境中使用，必须与使用该部件的防爆电气设备组合后才能在爆炸性环境中使用。常用的浇封型电气设备或浇封型部件主要有电池、蓄电池、熔断器、电压互感器、电机和变压

34、器绕组、电缆接头等。浇封型防爆电气设备根据其使用环境的不同有不同的要求，在煤矿井下使用较少。,4.3.6特殊型特殊型电气设备的安全性能低于其他类型的防爆电气设备。煤矿井下常用的特殊型电气设备有矿灯、蓄电池电机车等。矿灯的安全措施有电池短路和过流保护，防护玻璃破碎后灯泡自动弹出等。,冷光源解决了灯泡破碎后带电灯丝引爆瓦斯的问题，其安全性优于白炽灯矿灯，如果再在蓄电池中增加限制输出电流和电压的双重化本质安全电路，安全性将进一步增强，可解决矿灯、开关和灯绳（矿灯电缆）的本质安全防爆问题。蓄电池中没有限制输出电流和电压的双重化本质安全电路的矿灯，其安全性较低，当瓦斯达到爆炸浓度时严禁开关特殊型矿灯，防

35、止矿灯开关电火花引起瓦斯爆炸。,4.3.7矿用一般型矿用一般型电气设备是一种没有采取任何防爆措施，用于煤矿井下无瓦斯、煤尘爆炸性混合物场所的电气设备。矿用一般型电气设备与一般电气设备不同，它在绝缘、爬电距离、电气间隙、防潮和防尘、井下运行条件诸方面均有特殊要求，铭牌的右上方有明显的“KY”标志。,低瓦斯矿井井底车场等非爆炸性环境，可以使用矿用一般型电气设备；但有条件时，宜选用矿用防爆型电气设备，而不使用矿用一般型电气设备和架线电机车。煤与瓦斯突出矿井严禁使用架线电机车和矿用一般型电气设备。当煤与瓦斯突出时，在突出压力的作用下，瓦斯可进入进风大巷等，设置在进风大巷和井底车场的架线电机车和矿用一般

36、型电气设备的电火花和危险温度会引爆瓦斯。,河南省郑州煤业集团大平矿“10.20”特别重大瓦斯爆炸事故和黑龙江省龙煤集团鹤岗分公司新兴煤矿“11.21”特别重大瓦斯爆炸事故，就是煤与瓦斯突出后，在突出压力的作用下，瓦斯进入进风大巷等，设置在进风大巷的架线电机车及其架线产生的火花引起瓦斯爆炸，造成两起死亡百人以上特别重大瓦斯爆炸事故。,4.3.8严禁假冒伪劣产品下井使用严把电气设备下井关，查矿用安全标志证、查防爆合格证、查电气间隙、查隔爆间隙等。严禁假冒伪劣产品下井使用。笔者作为国务院事故调查专家组组长，在多起煤矿特别重大事故中，发现“沈阳防爆电气厂”等假冒防爆电气设备。,4.4其他煤矿电气安全关

37、键技术问题4.4.1延时保护为防治低电压造成过流，引起电气火灾，电气设备设有欠压保护和失压保护。当电压瞬降时，没有延时的欠压保护和失压保护，将会造成局部通风机停风，造成瓦斯积聚，进而引起瓦斯爆炸事故。因此，井下电气设备的欠压保护和失压保护应有延时措施，减少局部通风机等停电次数。,4.4.2大功率潜水泵在条件许可的情况下，井下排水设备宜选用大功率潜水泵，将供电控制设备设置在地面，避免非潜水泵及其供电控制设备进水停止工作，影响排水。特别在矿井突水事故时，保证排水的连续性，减少事故影响。4.4.3压风机设置压风机尽量设置在地面，并设置温度等传感器，防止引发矿井火灾。,4.4.4井下选煤厂个别煤矿为了

38、减少运输成本、减少地面占地等原因，将选煤厂设计在煤矿井下。这就增加了煤矿井下作业人员。一旦发生瓦斯爆炸等事故，将会造成大量人员伤亡。这种做法不利于避免或减少重特大事故发生。将选煤厂设置在井下，还会增加引爆瓦斯的火源。当井下发生瓦斯突出事故或通风系统故障时，进风巷也会瓦斯超限，非防爆或失爆的选煤设备将是引爆瓦斯的火源。,4.4.5电气设备的设置开关等电气设备应设置在全风压进风处，若不能满足，必须设置甲烷传感器，并具备甲烷超限断电闭锁功能。由于采煤工作面回风巷和掘进巷道已按要求设置了甲烷传感器，因此，设置在采煤工作面回风巷和掘进巷道的电气设备可不再单独设置甲烷传感器。但设置在其他没有甲烷传感器地点

39、的电气设备，必须设置甲烷传感器，并具备甲烷超限断电闭锁功能。,4.5救灾机器人煤矿井下发生瓦斯爆炸等事故后，因受有害气体、缺氧、高温、烟雾等影响，以及发生二次灾害的可能，有时救护人员难以在第一时间进入事故现场执行侦察和救援任务，甚至造成救护人员伤亡。因此，为使煤矿井下救灾工作顺利开展，减少人员伤亡，需要部分替代救护队员进入煤矿井下灾后现场进行环境探测和搜救任务的煤矿井下救灾机器人。目前通过鉴定的矿用机器人不能用于瓦斯浓度大于1.5%的灾后环境。煤矿井下救灾机器人的远程控制、本质安全防爆、越过顶板冒落障碍等关键性问题没有解决，难以满足实际煤矿井下灾后救援工作需要。,4.5.1遥控问题煤矿井下无线

40、传输衰减大，因此，无线遥控要解决遥控距离短、巷道弯曲和分支影响大等问题。如果采用拖缆有线遥控方式，需解决电缆或光缆在煤矿井下摩擦力大，长电缆或光缆拖不动，巷道弯曲和分支条件下拖缆等问题。如果采用放缆有线遥控方式，需要解决本质安全防爆条件下，自背电缆或光缆，行走在高低不平、有积水巷道中等问题。如果采用自动导航方式，需解决无GPS信号条件下，煤矿井下路径识别与自动导航等问题。,4.5.2本质安全防爆问题当煤矿井下发生瓦斯爆炸等事故后，事故现场的瓦斯浓度有时会在爆炸界限内。因此进入煤矿井下灾后现场的机器人，应是本质安全防爆型。本质安全防爆是通过限制电路功率，进而限制火花能量和温度，以达到防爆目的。特别当负载中有较大电感和电容等储能元件时，所允许的功率更小。机器人采用电机驱动，因此既要满足电机驱动功率，又要满足本质安全防爆要求，是比较棘手的问题。,4.5.3过障碍问题煤矿井下发生瓦斯爆炸等事故后，通常会发生顶板冒落。因此如何通过煤岩冒落堆积障碍，也是煤矿井下救灾机器人需要解决的问题。,谢谢!,