煤礦區(qū)防爆監(jiān)控設(shè)備設(shè)計安裝與施工

　　據(jù)報道，“十二五”期間，我國將形成10個億噸級、10個5000萬噸級特大型煤炭企業(yè)，全國煤礦采煤機(jī)械化程度達(dá)到75%以上，十二五規(guī)劃還將煤礦企業(yè)的數(shù)量目標(biāo)控制為4000家。到2015年，30萬噸以下的小煤礦產(chǎn)量將減少為5億噸，占全國煤炭總產(chǎn)量的13%。煤炭總產(chǎn)量將達(dá)到36-38億噸，大型煤礦占25億噸，將從“十一五”期間56%提高到66%，大型煤礦成為產(chǎn)煤主導(dǎo)。由此可見，我國煤炭工業(yè)將迎來一個繁榮時代。然而，任何產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展都是利弊共存的，煤炭產(chǎn)業(yè)亦是如此，在產(chǎn)業(yè)繁榮的背后同樣隱藏著諸多尷尬。除了環(huán)境污染外，煤礦安全事故頻發(fā)也備受關(guān)注。

　　煤礦安全問題與安全措施要求發(fā)展

　　國家煤監(jiān)局早在2010年11月宣布，建設(shè)完善煤礦井下安全避險“六大系統(tǒng)”的確定時間表，將分區(qū)分階段在全國范圍內(nèi)煤礦快速推動，各省地區(qū)煤礦井必須在規(guī)定期限內(nèi)完成這“六大系統(tǒng)”安全避險工作。即在2011年底前，所有煤礦必須完成監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、井下人員定位系統(tǒng)和井下緊急避險系統(tǒng)以及礦井監(jiān)測監(jiān)控、壓風(fēng)自救、供水施救和通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)完善工作，國內(nèi)重點煤礦必須完成井下人員定位系統(tǒng)建設(shè)工作，所有國有煤礦、天然氣瓦斯礦井及重點煤礦中的高瓦斯和容易自燃煤層的開采礦井，都必須在2012年6月前完成緊急避險系統(tǒng)的建設(shè)工作，而其它煤礦也必須在2013年中前完成緊急避險系統(tǒng)的建置。

　　煤礦安全的建置內(nèi)容包括礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、井下人員定位系統(tǒng)、井下緊急避險系統(tǒng)、礦井壓風(fēng)自救系統(tǒng)、礦井供水施救系統(tǒng)及通信聯(lián)絡(luò)六大系統(tǒng)，其中各個系統(tǒng)皆對應(yīng)不同程度的安全隱患。因而，在施工建置一套良好的安全監(jiān)控系統(tǒng)時，就必須了解各類安全隱患及煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)環(huán)境。此外，煤礦系統(tǒng)的監(jiān)控類型區(qū)分也至關(guān)重要。一般來說，煤礦安全監(jiān)控可分為井下的安全監(jiān)控和井上安全監(jiān)控。因煤礦井下作業(yè)深入地表內(nèi)層，地質(zhì)及地層結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，而且環(huán)境潮濕溫?zé)?、空氣質(zhì)量惡劣，由此非常容易發(fā)生安全事故。當(dāng)前，為了有效地發(fā)揮六大安全系統(tǒng)作用，各地煤礦局已經(jīng)開始通過采用各種遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)地面對井下情況實時視頻及數(shù)據(jù)狀態(tài)直觀的掌握，不但可以記錄發(fā)生在礦井下工作現(xiàn)場視頻及氣體數(shù)值情況，還能及時發(fā)現(xiàn)井下隱患，避免發(fā)生礦難。而這六大系統(tǒng)應(yīng)用上的安裝施工細(xì)節(jié)也極為廣泛，由于篇幅關(guān)系，筆者在此僅就煤礦視頻安全監(jiān)控防爆措施部分分享個人拙見，以期與諸位共進(jìn)。

　　煤礦安全監(jiān)控設(shè)備的防爆要求

　　據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)目前煤炭產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的40%左右，位居世界第一，煤礦安全事故及傷亡人數(shù)同樣名列前茅。僅在2010年上半年，中國共發(fā)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，分別上升36.4%和53.4%。在這些事故中，尤以瓦斯爆炸、煤礦巖層坍塌、巖壁涌水等居多。從安全防范角度看，礦難的出現(xiàn)究其根源不外乎煤礦安全監(jiān)測設(shè)備不足、設(shè)備管線防爆性能不符規(guī)標(biāo)準(zhǔn)以及人為監(jiān)控管理方式落后。因而，如何合理應(yīng)用安防設(shè)備防止煤礦爆炸，為煤礦安全監(jiān)控提供了良好的安全保障意義重大。

　　通常，煤礦的監(jiān)控設(shè)備必須考慮防爆的可能性。設(shè)備裝置的機(jī)構(gòu)組成、施工特點及布線，都會因為煤礦內(nèi)存在易燃、易爆的氣體或液體而可能引發(fā)爆炸。此外，開采設(shè)備的高溫混合現(xiàn)場有害氣體也有可能造成煤礦爆炸。以監(jiān)控系統(tǒng)來說，防爆監(jiān)控施工首先要排除由于監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行而引發(fā)的氣爆與燃爆，其次要根據(jù)煤礦井內(nèi)外現(xiàn)場可能易燃易爆物的特性來選擇監(jiān)控防爆箱的等級及材質(zhì)。目前煤礦井外可能易燃易爆物主要有以下幾種：汽油、柴油、液態(tài)烴、清潔汽油、甲烷以及現(xiàn)場可能出現(xiàn)一些硫化氫、CO等有害氣體。這些煤礦區(qū)易燃易爆物按照爆炸性物質(zhì)的基本分類，屬于Ⅱ類;按照爆炸性混合氣體分級，基本屬于A級;按照爆炸性氣體引爆溫度分級，分別屬于T1、T2、T3級。所以監(jiān)控設(shè)備的防爆形式安中國國內(nèi)規(guī)定可以參考下列認(rèn)證來選型。由于相對應(yīng)有太多國際兼容的認(rèn)證因此在認(rèn)識防爆兼容性上一定要了解以下認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，才能確保防爆施工的應(yīng)用合格。

　　防爆公用標(biāo)示——國際電工委員會(IEC)簡用“Ex”或是用歐洲電工委員會簡稱“EEx”。防爆型式標(biāo)示：隔爆型用“d”;充油型用“o”;增安型用“e”;無火花型用“n”;正壓型用“p”;澆封型用“m”;充砂型用“q”;特殊型用“s”;本質(zhì)安全型用“i”，還細(xì)分為“ia”和“ib”級。

　　依設(shè)備環(huán)境區(qū)分：I類、II類。

　　依氣體類別區(qū)分：A、B、C。

　　溫度高低區(qū)分wei T1至T6。

　　例如Ex d II C T3，表示隔爆型防爆設(shè)備，可應(yīng)用于II類爆炸性氣體環(huán)境，C氣體組，溫度組別T3依此類推。

　　煤礦防爆監(jiān)控設(shè)備選型事項

　　由于存在電壓低、電流小、功率小、頻率高等特性，視頻監(jiān)控在煤礦安全監(jiān)控中應(yīng)用必須考慮在防爆要求下的光線變化、視頻傳送效果穩(wěn)定度和可靠性等。通過高危環(huán)境現(xiàn)場的低照夜視攝影機(jī)設(shè)備，不僅需要監(jiān)視煤礦井上井下運(yùn)行狀態(tài)，而且要提供高畫質(zhì)的視頻圖像。因此在防爆要求下，煤礦監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計與選型就更加重要。使用防爆裝置主要是使攝影機(jī)、鏡頭、云臺等電器設(shè)備在煤礦井上或井下危險環(huán)境中不會引起燃燒甚至爆炸。通常這些設(shè)備都必須具備相當(dāng)厚度的鑄鋁或不銹鋼制成堅固的防內(nèi)壓爆炸的外殼，所以在施工安裝上必須注意選擇以下條件產(chǎn)品在煤礦視頻監(jiān)控中使用，這些設(shè)備包含：

　　內(nèi)壓防爆型防護(hù)罩

　　采用內(nèi)壓防爆原理，使用一定厚度的鑄鋁或不銹鋼做成的防護(hù)罩，窗口玻璃采用鋼彈材質(zhì)玻璃，同時具有抗爆功能，內(nèi)壓防爆通常具密閉性所以要采用的攝像機(jī)必需能耐較高工作溫度，同時保護(hù)罩體必須要耐腐蝕的能力。至于其他附件安裝，除內(nèi)部加熱除霧等設(shè)備外，其余的皆可省去，以免適得其反。

　　內(nèi)壓防爆型云臺

　　至于回轉(zhuǎn)云臺部分，由于本身具有啟動馬達(dá)電路功能，起定電流可能產(chǎn)生火花，因此在外殼上防爆云臺必須要選擇密閉度高且是鋁或不銹鋼金屬材質(zhì)，而且要能耐酸堿腐蝕及厚度具有一定承受耐內(nèi)壓爆炸的能力。回轉(zhuǎn)云臺雖然體積大，但在制高安裝要求下，重量與體積都是對工程人員一大挑戰(zhàn)。

　　監(jiān)控設(shè)防爆接線箱

　　礦區(qū)所用監(jiān)控防爆控制箱與一般設(shè)備接線設(shè)備的不同。從纜線的連接、分配到裝入前端光纖或網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，從控制接收器、總電源開關(guān)到漏電斷路保護(hù)器以及避雷器或突波吸收等設(shè)備，皆與防爆控制箱相關(guān)聯(lián)。加上這些設(shè)備又易引發(fā)氣燃?xì)獗虼朔辣泳€箱的材質(zhì)及厚度尤為重要。一般而言，大小尺寸需求，必須將所有設(shè)備放入后模擬接線空監(jiān)及接頭轉(zhuǎn)折順暢才算可以采用，不然因為省成本而采用空間過小的終端設(shè)備箱，反而會造成設(shè)備溫度過高接頭脫落。

　　煤礦防爆監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計施工

　　對煤礦防爆監(jiān)控設(shè)計，除了按依照防爆監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范以外，也可參考我國在防爆部分制定了的爆炸性環(huán)境電氣和應(yīng)用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，其中GB50198-94、GA/T70-94 、GB/T15411-1994、 GB/T13953-1992特別值得關(guān)注。設(shè)計煤礦防爆安全監(jiān)控時，應(yīng)根據(jù)井下及井上所釋放危險源的類別、級別和物質(zhì)的特性、環(huán)境情況等因素等來決定設(shè)計與安裝施工的內(nèi)容，因此我們也有必要對煤礦安全監(jiān)控在施工與安裝上進(jìn)行一番了解與認(rèn)知。

　　煤礦監(jiān)控設(shè)備的防爆施工安裝注意事項

　　如圖1所示，煤礦在監(jiān)控防爆施工安裝注意事項上主要包括以下幾點：

　　· 攝影機(jī)一定要保護(hù)在防爆保護(hù)罩內(nèi)，保護(hù)罩也應(yīng)根據(jù)環(huán)境需要具備一定防爆等級;

　　· 處于防爆需求，紅外線LED照明攝影機(jī)來不適合作為井下低光源夜視監(jiān)看;

　　· 在煤礦防爆區(qū)，所有的管線除了接地線所用的管線及埋入地下的管線外，其余一切管路必須采用金屬鍍鋅鋼管來配置;

　　· 若為回轉(zhuǎn)式攝影機(jī)也必須是采用防爆式云臺或一體式防爆結(jié)構(gòu)才可以;

　　· 無論是井外還是井內(nèi)，攝影機(jī)都必須加裝設(shè)接地線，以免漏電所產(chǎn)生的電流引發(fā)然爆或氣爆;

　　· 防爆管路必須要設(shè)置有泄水裝置，以免冷凝作用使管內(nèi)積水造成管壁腐蝕;

　　· 金屬防爆管與金屬鍍鋅管接續(xù)處不需采用防爆隔離接頭(DRAIN)，并填入防爆隔離膠合劑(或稱防爆管沙填充劑)，防爆管沙填充劑填入管入至少表有45厘米(18英寸)的長度填滿才具防爆效力隔離，才能防止管內(nèi)線路短路造成火花爆炸;

　　· 設(shè)備與金屬鍍鋅管或軟管接續(xù)處需用防爆隔離接頭隔離;

　　· 防爆區(qū)與非防爆區(qū)管路接續(xù)也必需用防爆隔離接頭隔離(圖2);

　　· 所有進(jìn)入設(shè)備的管路盡量從設(shè)備或防爆箱下方進(jìn)入施工，以免造成管路松脫或進(jìn)水;

　　· 電力動力線與視頻信號及避雷接地線都必須分管配置以免產(chǎn)生回火以置設(shè)備受損或產(chǎn)生爆炸;

　　· 防爆終端設(shè)備接續(xù)箱內(nèi)的接頭必須是可以鎖扣式或有螺絲端子固定方式，以免線路脫落，尤其是電源部份以致造成火花爆炸;

　　· 攝影機(jī)終端防爆箱的像門大部分都是以螺絲固定，在設(shè)備完成調(diào)校后必須一順時會逆時鐘方向，逐一將固定螺絲上緊以平衡箱蓋壓力，避免密閉不良而漏氣產(chǎn)生氣爆;

　　· 系統(tǒng)接地必須采用一點接地方式。接地應(yīng)采用銅質(zhì)線，不得形成封閉回路，同時不得與大電流的電力接地混接;

　　· 防爆監(jiān)控系統(tǒng)得采獨立接地裝置時，其接地電阻不得大于4Ω(參考國家規(guī)定);

　　· 若在煤礦井內(nèi)采用光纜傳輸，各井坑道上的光端機(jī)外殼應(yīng)接地，且最好跟分監(jiān)控點的設(shè)備如攝像機(jī)等一起并聯(lián)接地。若坑井中纜線架有接續(xù)也應(yīng)做好每個線槽連結(jié)接地以確保安全;

　　· 煤礦區(qū)最容易遭受雷擊的設(shè)備要屬前端攝像機(jī)，若是架設(shè)在井外，設(shè)備必須加裝避雷針。

　　以上是煤礦安全監(jiān)控在施工安裝上所要注意事項與措施。由于一般煤礦井下都會充滿甲烷、煤塵爆炸等危險因素，因此也有部分礦區(qū)嘗試無線傳輸，移動式監(jiān)控系統(tǒng)也在開始進(jìn)入煤礦安全監(jiān)視中。視頻信號和攝像機(jī)電源共纜傳輸，攝像機(jī)本身帶有超高亮度LED白光燈，適合在礦井下照明條件不良或無光照環(huán)境下使用，在低照度情況下可拍攝出清晰的圖像，使得煤礦安全監(jiān)視得以更安全的應(yīng)用于煤礦最深處掘進(jìn)面工作區(qū)域，為礦井下安全監(jiān)控提供更廣闊性的安全保障。至于煤礦安全監(jiān)控數(shù)字化，目前也有部分煤礦場在透過交換機(jī)的連結(jié)組成局域網(wǎng)絡(luò)，及透過以既有雙絞電纜和以太網(wǎng)交換機(jī)組成的煤礦場區(qū)局域網(wǎng)，或利用光纖以太網(wǎng)交換局域網(wǎng)絡(luò)，使得煤礦安全監(jiān)控也得已在施工安裝階段上逐步進(jìn)入全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)化領(lǐng)域。

　　結(jié)語

　　實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的目標(biāo)離不開礦區(qū)安全防范的建置，但在礦區(qū)這一特殊監(jiān)控環(huán)境下，安防設(shè)備的執(zhí)行必須滿足防爆要求。煤礦防爆要求應(yīng)是所有煤礦六大安全系統(tǒng)的共同基本的條件，但因煤礦井下的環(huán)境變化實在難以完全掌控，所以唯有不斷改進(jìn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的施工安裝方式及條件，如此才能順利在防爆條件限制下發(fā)揮更強(qiáng)的監(jiān)控效能。