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露天采矿电气安全的现状和问题 俄罗斯科学院乌拉尔分院矿业研究所技术科学副博士 B1A1 戈卢别夫 摘要根据露天开采电伤的统计资料,叙述了电伤产生的情况和原因,指出了为降 低矿山企业较高的电伤发生率而提高其电气设备运行维护的可靠性和安全性的必要性, 提出了保证露天采矿电气安全需要解决的一些问题,详细介绍了有关电气安全领域研究 的新成果。同时指出提高采矿电气安全应与改进采矿技术装备和采矿工艺及对工艺设备 电气防护的一些新要求相结合。 关键词露天矿 电气安全 电气设备 可靠性 保护装置 在矿山企业中,电伤占工伤总数的比重 不大 2 16 ,但大多后果严重。电伤致死 占工伤致死总数的12 。在矿山电伤总数 中,地下矿占39 ,露天矿占44 ;选矿 厂、矿井地面和辅助车间占17 。 在露天矿中, 76 的电伤致死发生在电 压1 000 V以上的交流电网中。其中半数以 上发生在电压6～10 kV输电线路的敷设、 检查、安装和修理过程中。而且,架空输电 线路的电伤发生率要比电缆输电线路高得 多。这就决定了研制开发优先采用电缆配电 线路的露天矿供电系统的必要性。 按与电气设备或电气化矿山机器和机构 技术维修工作有关的工种分类的电伤发生率 如表1所示。 表1 各工种的电伤发生率 工 种电伤发生率 钳工3166 电钳工、电工、电气安装、电焊工6114 电铲司机及助手814 钻机司机及助手7132 内燃机车、电机车司机及助手1119 变电所值班员3166 牵引变电所值班员0192 其他2114 4 Effects of Mining on the Environment and American Environmental Control onMining.ImperialCollege Press , 1997. 5Nazari ,M1FinanicalProvisionsineClosure. MiningEnvironmentalManagement ,Vol17 ,No13 , 1999. 6Neuman ,S1EnvironmentalInsuranceForLenders; What Is It , and Can It Substitute for Due Diligence Environmental Claims Journal , Spring 2000. 7 Neuman , S1The New Environmental Insurance Products When Does It Make Sense to Buy Them Environmental Law in New York. 1998. 8 Neuman , S1Tailored to Fit1Brownfield News. December 1999. 9 Neuman , S.Finding a Good Tailor. Brownfield News. March/ April 2000. 10 Pricewaterhousecoopers.FinancialReporting in the Mining Industry for the 21st Century. 1999. 11 Reinhardt , F1L1Bringing the Environment Down to Earth.Harvard Business Review on Business and the Environment.HarvardBusinessReviewPaperback Series. 2000. 12Stark , R1D1Polarold Managing Environmental Res2 ponsibilities and Their Costs.Harvard Business School. April 21 , 1994. 13 World Bank ,PollutionPrevention and Abatement Handbook 1998 ,Toward a CleanerEnvironment. 1999. 冀 湘 傅晓冰 收稿日期 2001 - 04 - 26 33国外金属矿山 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 表2 发生电伤的原因 矿山企业的电伤原因 占电伤总数 的百分率 其中电伤致 死的百分率 带电作业2112614 违反操作规程和安全规程32101011 工作不协调1110019 匆忙慌张、 粗心大意、 漫不经心1219118 没有或未用保护工具318019 接地装置损坏或没有118019 矿山机器和机构出现故障118- 接触网损坏118019 制造缺陷118- 未采取施工单中各项措施515118 其他614- 多年资料分析也表明,绝大多数电伤 68 发生在工龄不足3年的电气维修人 员和年龄在30岁以下的青年工人身上 61 1 6 。工龄超过5年和年龄大于35岁 的人员,电伤率急剧下降。 统计研究显示出产生电伤的原因是多种 多样的表 2 。 众所周知,现有的接地保护系统只能间 接地保证安全,即仅在发生单相接地短路时 人触及电气设备或在人触到电气设备接地外 壳的情况下,才能保护人体免遭触电。但此 时不能保证人不偶然触及带电部分,而这正 是导致严重电伤和致死事故的主要原因。 研究表明,矿山企业电伤发生率相当 高,而为了降低电伤发生率,必须提高矿山 电气设备运行维护的可靠性和安全性,即 研究和制造新型矿用一般型、可靠 性高和便于维修的电气设备和电网装置。 研制和使用矿用速动开关设备和更 简单的单相接地保护装置。 研究三相供电系统的中性点工作 制,使用高效安全的中性点接地电网。 研制和使用当人触到电机车接触线 时能断开直流和交流牵引网的保护装置。 完善现行的矿山电气设备安全运行 的标准指令性文件规程、规则、方法、方 法说明和建议。 就目前条件来看,上述诸问题的解决前 景,是非常乐观的。 研制和使用新型矿用一般型、可靠性和 安全性高的电气设备和电网装置的问题,至 今已成功解决。根据俄罗斯科学院乌拉尔分 院矿业研究所和其他一些科研生产单位的课 题计划和技术2经济要求,下列装置已研制 成功并在生产中运用电压6 kV和10 kV , 额定 负 荷 电 流 为400 A、630 A、800 A、 1 000 A、1 600 A ,极限断路电流为8 kA、 10 kA、1215 kA、16 kA、20 kA和3115 kA 的各种类型和品牌的真空断路和真空接触 器;装有电压为6 kV、10 kV和35 kV ,额 定电流为630 A、1 000 A和1 600 A的真空 断路器的高压配电装置和开关箱;供露天矿 电气设备用的6 A和10 kV高压非线性过电 压限制器О ПН К ; 装有电压6/ 014 kV , 容量100 kVA、250 kVA、400 kVA、630 kVA 和1 000 kVA的干式变压器的移动式成套变 电所П С К Т П ; 电压35/ 6 kV ,容量为 4 000 kVA、6 300 kVA、10 000 kVA和 16 000 kVA移动式成套配电站К ПП Р П ; 供电铲软电缆К Г Э型用的芯线截面为 16 mm2、25 mm2、35 mm2、50 mm2、 70 mm2和95 mm2高 压 终 端 接 线 盒 Р К В Р О等。共开发出28种符合露天矿 特殊条件下安全要求的新型电气设备。有关 这方面的许多工作,目前正在继续进行中。 速动开关设备和更简单的单相接地保护 装置和防止露天矿电网故障工作状态的保护 装置都已研制成功,并在一些露天矿推广应 用。成套保护装置和SPAK 800系列自动装 置,露天矿电铲主传动可控硅励磁微处理器 控制系统, M3011型保护断开电力网组 件,非线性过电压限制器动作自动记录器, 电压6～10 kV露天矿电气设备无线电遥控 系统等都已研制成功并推广使用。遗憾的 432001年第4期 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 是,上述工作都是由一些个别企业和单位依 据各企业的具体定货来进行的,尚缺乏处理 问题的协调中心,从而对各项工作的大规模 展开产生不利影响。 对各种不同的中性点接地系统的露天矿 电网以从 0 效率低～11 0 效果理想的相对 值表示的效果和安全性的评价表明中性点直 接接地电力网的综合效果指标为01632;中性 点经电阻高阻电阻器接地的电力网为 01714;中性点经电抗接地电力网为01435 ,中 性点不接地电力网为01300。所得结果证实 了露天矿采用中性点接地电力防护系统的有 效性。它简化了电力防护系统,缩短了工艺设 备停机时间和提高了采矿电气安全。 多数研究课题的内容是关于在回采2装 载工艺设备碰到电机车接触线时保护断开露 天矿牵引电网的方法和装置的研制和推广应 用的一系列问题。先后研制和试验了数十种 机械式、电动式、机电式和其他形式的保证 接触网不出现故障工作状态的保护装置。但 不管上述哪一种保护装置,在技术上和工艺 上多少都有一些不足,因此未能在露天矿实 际应用。 所有断开接触网的方法和装置,按其功 能可分为3类 消除接触网中出现故障的可能性; 保证断开处于故障状态的接触网; 限制故障引起的危险后果。 第一类的保护断开方法与装置被认为是 最重要的和最先进的。在这些方法与装置 中,可以考虑由俄罗斯科学院乌拉尔分院矿 业研究所的专家研制并在露天矿条件下试验 的接触网供电无线电控制系统。该系统的科 技文件已拟定出来,但生产下降和缺少对矿 山企业的财政支持,致使其推广应用工作不 能进行下去。 在能保证可靠断开处于任何故障状态中 的接触网的方法和装置中,必须指出,也是由 俄罗斯科学院乌拉尔分院矿业研究所研制的 并在露天矿应用的直流接触网保护断开装置。 其工作原理是检测负载电流峰值和接触网电 压负载电流交流分量诸向量之间的相角差。 对于电铲铲斗碰触到电机车架线时的保 护,可以采用新型矿山机械和机构的接地线 路,该接地线路是以工作于矿岩装载尽头处 的电铲在从露天矿总接地网络切除的同时通 过工作面铁路钢轨接地这一原理为基础的已 经制订了这一接地系统的所有必要的符合俄 罗斯联邦国家采矿技术监察委员会要求的技 术文件。 俄罗斯联邦国家采矿技术监督委员会吸 收一些科研单位进一步完善现行的采矿电气 设备安全运行的标准指示性文件规程、规 则、方法、方法说明和建议 , 无疑将促进 露天矿电气设备安全运行科学原理的建立。 近年来俄罗斯联邦国家采矿技术监督委员会 编制了并按规定程序批准了指导性标准文件 露天矿电气设备安全运行规则Р Д08 - 62 - 94 ;编制并修改补充了有用矿物矿 床露天开采统一安全规程中的电气设 备篇;编制并实施了露天矿电气设备防止 大气过电压的保护标准 。编制并推广使用 电气化铁路运输的露天铁矿电力负荷调整 方法说明,牵引供电装置接地和提高遥控 装置、通信线路及装置在电压10 kV交流牵 引网的电流和电磁影响条件下动作可靠性的 建议等。 露天矿电气安全问题的合理解决,只有 在科学研究所和设计院与矿山企业的工程技 术人员共同进行理论研究并在配合实验试制 研究的基础上才有可能。为进一步提高矿山 电气安全,应当与改进采矿技术装备和采矿 工艺以及对工艺设备电气防护的一些新要求 结合起来。 马马 辛德 木 青 收稿日期 2001 - 05 - 21 53国外金属矿山 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.