煤矿雷电防护应注意的几点问题

摘要：通过近几年对我区煤矿的防雷装置检测，对在检测过程中存在的问题和雷击隐患，集中进行了整理，为了确保作业人员生命安全和国家财产不遭受损失，就小型煤矿在防雷装置设计、施工过程中出现的问题，介绍本人的一些看法，仅供设计、施工人员参考。

关键词：煤矿防雷；问题；静电防护

Abstract: In recent years through to my area coal mine lightning detection device, on the existing problems in the testing process and the lightning hazard, concentration is carried out, in order to ensure the operation safety of state property and does not suffer loss, appeared small coal mine in lightning protection device design, construction process, introduces some views of my the design, construction personnel, only for reference.

Key words: coal mine; problem; electrostatic protection

中图分类号：TD82

前言：根据实际情况，正确理解和执行防雷技术规范和规程的使用场合，是正确进行防雷装置设计的关键，多数出现问题的地方，多是对防雷技术规范和规程运用方面问题。一般煤矿都位于空旷地带，煤矿的建筑物就属于高点，煤矿地点人员较少，除下井矿工外，地面上仅有少数工作人员，地面设施主要有卷扬机、换气风机、瓦斯监测系统等。因此，根据实际情况，煤矿防雷装置设计、施工主要应参照下列技术规范:GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》、GR7450-87《电子设备雷击保护导则》、GB50054-95《低电压配电设计规范》、以及99(03)D5O1-1《建筑物防雷设施安装》、03D5O1-4《接地装置安装》进行综合设计和安装。地面建筑物除炸药库可按一类防雷构筑物考虑外，其余建(构)筑物防雷类别应按第三类考虑。

考虑煤矿属于一个比较特殊的行业，防雷措施的设计还需依据《煤矿安全规程》相关规定。

二．煤矿防雷出现的主要问题

煤矿开采场所，空气湿度相对大，地形、土质结构复杂，电阻率在500-1200Ω·m之间，雷电流泄放散流能力差，容易遭受雷击。煤矿动力电源基本都是架空线路，所以煤矿设备(配电柜、电器、绞车等)时常遭受雷击；排风口处风速快，排出的空气中含有大量的高浓度瓦斯、尘埃、氢气等，遭受雷电闪击后易引起瓦斯爆炸，造成重大安全事故；主井口地面金属轨道有利于直接雷电流导引闪击，可能导致雷电流引入矿井中引起瓦斯爆炸。因此，本人认为首先加强直击雷方面的防护是至关重要的。

（一）直击雷击防护

主要是井口和小型炸药库的直击雷击防护。根据矿井的实际情况，设置一到二支10-12米高的独立避雷针，基本能对矿井口进行直击雷保护，从安全角度出发，避雷针接地电阻设计小于lOΩ，针脚距离洞口边沿距离不小于3m，距离洞口人行道不小于3m。参见下图

炸药库、雷管库直击雷防护措施，按照GB50057-2010(建筑物防雷设计规范》第4.2.1条，必须安装单支或多支独立接闪杆或架空接闪线或网，不能直接在炸药库上安装避雷带或避雷网格，同时库内严禁电源线路或电缆线进入，避免造成感应雷击和雷电波侵入。

（二）直击雷击防护

雷电波侵入防护措施

1.电源线路

煤矿电源线路多采用两种供电系统，向井下供电电源为中性点不接地的IT系统，而且电压为660v5OHz高压交流电，通过双屏蔽层电缆送入矿井；另一种是矿井地面交流电源则为TN供电系统:380v/220v5OHz。同时电源线路上装有高灵敏度的RCD保护器(mA级)。

电源线路出现问题最多的是设计人员末仔细进行现场考察，没有注意到煤矿交流供电电压白天、晚上电压幅度差异较大而且供电电压为660v5OHz高压两个特点，选取避雷器技术参数时，按照常规情况考虑，出现三相电源避雷器安装完成后，接通电源闸刀就跳闸或避雷器瞬间烧毁情况，不明情况的人还以为是避雷器质量不佳所致。

根据实践经验:电源避雷器参数选取前，一定了解清楚工作电压情况，最好亲自测试最大波动范围，根据测试的参数向供货商特别定做宽动态范围的SPD，以免出现重大事故。第一级避雷器通流容量不小于8OkA，动作电压10OOV-l5OOV，接地线截面积不小于16mm2，接地电阻不大于lOΩ；电源线路最好采用二级或三级防护，并且向井下供电电缆在井口处金属外皮需作接地处理。

另一方面，煤矿通常远离城区，从配电变压器到矿井区距离较远，而且电源线路均没有绝缘胶皮的架空金属裸导线，易遭受直接雷击；设计人员基本末注意到这一特殊情况，因此运行过程中多次出现架空电源线路遭受直接雷击而造成避雷器、电气设备一并被击坏的情况。

架空电源线路遭受直接雷击而产生的过电压，可由下式计算:Us=100I

架空电源线路附近雷击时，线路出现雷电感应过电压数量可由下式计算:Us=25 I.h/S

I:雷电流幅值,KA；S：雷击点与导线的距离，m；h:导线离地面的高度，m。

经过多次实践，针对矿山电源线路供电系统特殊性，采取如下辅助措施:架空电源线路人户前三杆铁横担必须接地，同时对线路制作简易放电间隙，衰减线路上雷电过电压；在土质较差的地方，接地电阻不易降低时，将电杆金属斜拉线一并连接。

2.信号线路

煤矿的信号线路比较简单，主要有:瓦斯监控信号线路、地磅称重信号系统。信号线路应穿金属管屏蔽敷设在地下电缆沟内，线路根据信号线路工作电压，安装符合技术要求的信号避雷器；避雷器启动电压为工作电压的1.5倍，通流容量不小于lOkA，接地线不小于6mm2。

（三） 铁轨断接、接地

铁轨断接就是在铁轨入井口处串入绝缘段，预防直接雷电、雷电波沿铁轨入侵井内引起瓦斯爆炸，对每一根铁轨，在引人井之后，应至少选定三个自然接头，串人绝缘轨段，每个绝缘轨段长度不小于3cm。串人绝缘轨段的铁轨接头夹板、螺丝杆、帽都要选用适当厚度的绝缘衬垫、套管、垫圈。绝缘段之间的距离，必须大于蓄电池式电机车、列车的总长度。两相邻绝缘段之间的铁轨与轨枕之间，必须加绝缘垫，保证轨、地之间绝缘良好，否则会失去绝缘断接的作用。

铁轨接地分为洞外、洞内接地装置两个部分，洞外部分接地装置尽量沿洞口两边敷设，洞内部分接地装置距离洞口不小于5m，洞外、洞内接地装置接地电阻不大于10Ω。

三． 静电防护

静电是一种可怕的隐形杀手。在我们的工作场所中，每一物体都会储存大量静电电荷，只是所积累的静电电荷量不同而已。正常情况下人体能储存500-1500V的静电电压，使用交流电源的设备外壳，在使用过程中也会带有静电，特别在矿井中，有一定浓度的瓦斯，一旦出现静电放电，后果不堪设想，静电防护也应引起足够的重视。

静电放电过程类似与雷电放电，只不过是一种微弱的雷电放电形式，当静电电流通过物体散放时，它在寻找一条对地阻抗低的通路使电位均衡而已，因此，按照煤矿安全规程，设置相应保护措施，保证井下设备良好接地、接地排要做成环形等电位排，各设备与接地排可靠性连接，就可完全避免静电放电造成的重大事故。

如果矿井采用电雷管时，电雷管库必须设置防静电装置和人体消静电装置，接地电阻小于100Ω。

四、 小结

(1)设计人员在进行煤矿开采区防雷装置设计时，一定要仔细考察现场情况，施工人员在施工过程中发现设计不合理的地方，要及时反馈设计人员从新论证修改，避免出现新的安全隐患，GB50057-2010规范和《煤矿安全规程》相关规定为主，按照第三类防雷建筑物防雷措施考虑，但接地电阻应小于10Ω。(2)采用塔式避雷针，按照GB50057-2010规范要求，建议使用φ20圆钢制作避雷针塔体，塔基础按照标准图集3D5O1-4《接地装置安装》中15m针高基础设计，避雷针用长0.5m直径φ20mm材型,需要注意的是，避雷针安装地点尽量避免在可能出现塌陷的地点。(3)在作了可靠轨道断接的情况下,主井口外地面轨道接地体可与井口避雷针接地体连成综合接地体。接地电阻值达不到要求时，采用换土法或增设降阻模块等方式降阻。(4)由于矿山采用高电压IT供电系统，架空电源线路铁横担最好每杆均接地并做简易放电间隙,电源线路避雷器技术参数一定仔细考虑。

参考文献:

[1]《煤矿安全规程》

[2]GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》