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【“抗違章保護技術”系列三】防治帶電作業及瓦斯爆炸的抗違章保護技術裝備系統
來源: | 作者:郭春平 | 發布時間: 2018-03-20 | 1012 次瀏覽 | 分享到:

作者簡介:

     郭春平(1959- ),男,山西平遙人,獲國務院特殊津貼的一名專利發明人,北大EMBA, 教授級高工,山西全安公司董事長。

摘 要:抗違章保護技術裝備集成包括:三開一防、兩防鎖、防松鎖、防電軟件、遠漏試驗、輔助器件,自創的安裝連接技術,及公知技術網絡系統8個模塊。不更換現有在用設備,而配套應用8個模塊后,就能使設備具有“抗違章”性,就能有效防治帶電作業,就能防止井下幾乎所有引爆瓦斯的電氣火花出現,進而產生出人意料的效果,從技術裝備上保證12條法規標準的貫徹落實,降低48.1%(約一半)的瓦斯爆炸。

關鍵詞:抗違章;抗違章保護技術;帶電作業;兩防鎖;三開一防

1  技術背景

    我國著名煤礦安全專家孫繼平教授研究指出:“電氣火源(花)引爆瓦斯最多,為48.1%”[1]。以下是幾起事故案例:


山西省委書記、省人大常委會主任駱惠寧在省工商聯第十二次代表大會上與國務院特貼專家郭春平親切握手

      帶電開蓋檢修事故案例:江西豐城礦務局坪湖煤礦瓦斯爆炸114人死亡事故;安徽淮北蘆嶺煤礦瓦斯爆炸86人死亡事故。違章送電事故案例:大同礦務局老白洞礦,罐籠防爆開關沒有蓋子,沒有消弧罩產生明火導致煤塵爆炸,684人死亡事故;雞西礦業集團公司城子河煤礦,外包工擅自送電引爆瓦斯,124人死亡事故;新疆阜康市神龍煤礦83人死亡事故;霍縣礦務局圣佛煤礦,班長擅自開蓋送電引爆瓦斯50人死亡事故。接線嘴失爆事故案例:西山屯蘭礦風機開關壓盤式喇叭嘴“失爆”引爆瓦斯,78人死亡事故;山西晉城某礦螺旋式小喇叭嘴松動,信號線被拉出,電死一人。

    造成事故的“硬原因”是設備“先天不足”問題所致:

    閉鎖裝置主要表現為:螺絲刀或徒手就能夠移動閉鎖桿而擅自送電或擅自開蓋操作;閉鎖桿上打孔鎖上普通門鎖,這種方法不能長期使用在井下動態使用中的開關上,原因是:有多少個開關就得有若干倍開關數量的鑰匙,且門鎖易生銹,難以使用和管理,另外,沒有閉鎖桿的開關無法打孔鎖上普通門鎖;閉鎖裝置上加裝一些機構,只有用三角套管等專用工具才能操作閉鎖桿移動,這種方法也不能長期使用在井下動態使用中的開關上,原因是:一種開關對應一種工具,一個單位有十種開關,工人就須帶十種工具,實際中不便管理使用;高壓開關上與隔離開關聯鎖的大蓋用普通扳手或套管就能打開,這種結構不能防止帶有普通工具的非專職人員擅自開蓋操作。有關事故案例我們已經收集50起,死亡4501人。


     接線腔主要表現為:無聯鎖保護裝置,電氣設備接線腔蓋板用普通螺栓固定,沒有鎖,用扳手、卡絲鉗、管鉗等常用工具就能帶電開蓋操作,產生電火花引爆瓦斯。所以,電氣設備接線腔(盒)是“吃人”的“虎口”,有關事故案例我們已經收集139起,共死亡3538人。

   電纜引入裝置主要表現為:螺紋式喇叭嘴,能夠徒手擰松造成電氣“失爆”,不符合GB3836.1附錄A要求。有關 “失爆”引發的事故我們已經收集52起,死亡1283人。

    造成事故的“軟原因”是違章帶電作業:,工人在井下較暗的狹窄的特殊環境工作,相比地面操作人員更易違章帶電作業,如:操作閉鎖裝置擅自送電,或違章擅自打開開關工作腔大蓋作業,或違章擅自打開電氣設備接線腔蓋板帶電作業,或違章擅自松動喇叭嘴,等等,從而引發電氣安全事故。

    防治違章帶電作業的根本出路在于開發“抗違章”技術[2],即:“想違章違不成,即使違章作業也造不成事故”的技術。采用了抗違章技術,就像人體注射疫苗一樣,即使病毒侵入體內,也不會致病,即人體具備了抗病毒性。采用了抗違章技術,就使技術裝備具備了抗違章性。

2 防治帶電作業及瓦斯爆炸的抗違章保護技術集成原理和功能分析

2.1 集成原理

    防治帶電作業及瓦斯爆炸的抗違章保護技術集成,其集成原理如圖1所示,其集成模塊如圖2所示。


    技術集成創新是指將有效專利、自創技術(非專利)和公知技術系統化地組合集成為一個新的具有創造性的技術方案直至獲得實際應用, 并產生良好的經濟和社會效益的活動。技術集成創新是自主創新的一個重要內容, 是集成創新系統中重要的組成部分。

    防治帶電作業及瓦斯爆炸的抗違章保護技術集成包括8個模塊:①三開一防專利技術及監控裝備(簡稱:三開一防),②兩防鎖專利技術(簡稱:兩防鎖),③防松鎖專利技術(簡稱:防松鎖),④具有自主知識產權的防帶電作業軟件(簡稱:防電軟件),⑤遠方漏電試驗專利技術裝備(簡稱:遠漏試驗),⑥瓦斯超限(或有電)開蓋閉鎖專利技術等(簡稱:輔助器件),⑦自創的安裝連接技術, ⑧公知技術監測監控網絡和供電系統(簡稱:網絡系統)。


    圖1、圖2中各模塊的原理及功能簡介如下:

    三開一防:將開蓋(三開一防)傳感器通過螺栓罩或螺栓套(不改變原結構)鎖定在負荷開關蓋板緊固螺栓上,其接點與三開一防監控系統(或物聯網、電力監控系統、安全保護系統及啟動停止回路等系統)聯網運行實現開蓋聯鎖。要打開蓋板,必須由專職人員用專用鎖鑰解鎖,即“防止非專職人員擅自開蓋操作”。解鎖后觸動傳感器接點動作發出信號,通過三開一防監控系統切斷控制該接線腔的電源開關,在“失爆”前實現超前“開蓋斷電”、負荷開關就地實現“開蓋報警”,并同時在地面監控中心報警,開蓋后,閉鎖該電源開關,保證他不能向該接線腔送電,即“開蓋閉鎖”。主要功能是防止負荷開關接線盒上蓋板被違章打開產生引爆瓦斯的電氣火花。其次,緊急情況可用于照明或報警求救,礦燈沒電時,取下開蓋傳感器,利用其聲光報警功能,可作為應急照明使用;或利用其聲光報警功能向其他人報警求救;或通過聯網功能實現人員定位。


    兩防鎖:兩防鎖鎖定在電源開關等開關的閉鎖裝置上,只有專職電工持專用鑰匙才能解鎖送電或解鎖開蓋,其他非專職人員不能夠解鎖送電和擅自打開開關操作腔門蓋帶電作業。主要功能是防止違章擅自送電或擅自開門操作產生引爆瓦斯的電氣火花。

    防松鎖:防松鎖鎖定在螺紋式喇叭嘴上,停電后,只有專職電工持專用鑰匙才能解鎖、松動、檢修,其他非專職人員不能夠解鎖、松動喇叭嘴,主要功能是防止喇叭嘴松動“失爆”產生引爆瓦斯的電氣火花。

    防電軟件:用于三開一防監控系統等,實現三開一防、遠方漏電試驗裝置等與各種網絡連接,能夠在地面調度室或手機上在線監測監控井下設備蓋板開合狀態,通過組態畫面就可以看到現場設備蓋板開合狀態,記錄開蓋斷電、開蓋閉鎖、開蓋報警等結果。在地面進行遠方漏電試驗并記錄試驗結果。

    網絡系統:網絡系統是公知技術,包括井下在用供電系統、供電監控系統、瓦斯監控系統、物聯網等系統。與防電軟件共同作用實現抗違章保護技術有關功能。


    安裝技術:實現多種型號兩防鎖的安裝、螺栓罩的安裝、傳感器的電氣連接等。

    遠漏試驗:安裝在線路末端的負荷開關旁邊,并與三開一防監控系統聯網運行,在地面監控中心可遠方試驗漏電保護的可靠性,防止漏電保護失效后供電系統繼續運行現象,杜絕引爆瓦斯的電氣火花產生。

    輔助器件:包括瓦斯超限(或有電)閉鎖裝置等,安裝在設備接線腔或操作腔上等位置,內有瓦斯探頭及電動機構,能夠保證在瓦斯超限后電氣設備接線腔蓋板或門蓋打不開,或能夠保證在電氣設備帶電狀態下該接線腔蓋板或門蓋打不開。防止帶電開蓋、帶電檢修產生引爆瓦斯的電氣火花。

2.2 分析

    煤礦井下電氣火花是引爆瓦斯的主要引火源。產生引爆瓦斯的主要行為是違章“帶電作業”。帶電作業主要是由于“擅自送電、擅自開蓋操作”(簡稱:兩擅)造成。產生引爆瓦斯的電氣火花的主要設施是:開關、電機和電纜,主要部位是:沒有聯鎖保護裝置的開關電機接線盒和連接電纜接線盒,及閉鎖裝置保護不完善的開關操作腔;接線盒上主要是蓋板被擅自打開和沒有防松保護的接線嘴被擅自松動;開關操作腔主要是大蓋(或門)被擅自打開。


    煤礦井下易產生火花的設備及部位如圖3所示,只要控制了這幾個部位就可以防止絕大部分的引爆瓦斯電氣火花。而絕大部分電氣火花是違章原因產生的,其他非違章原因產生的電氣火花占很小一部分,約在5%以下[3]。因為電纜有高強度護套保護,有屏蔽層、監視線及漏電監視保護,電纜被石頭等砸破產生引爆瓦斯的電氣火花概率,與違章原因相比很小,其他有緊固的外殼或者是本安型電氣設備,被石頭等砸破產生引爆瓦斯的電氣火花概率更小。

    如圖1、圖2所示,把三開一防、兩防鎖、防松鎖、防電軟件、安裝連接技術、網絡系統集成在一起,共同作用,可防止對開關、電機和電纜違章進行擅自送電或擅自開蓋操作,進而防止帶電作業。遠漏試驗大大提高了漏電保護裝置的靈敏度及可靠性,即使違章帶電作業或其他非違章原因產生電氣火花,漏電保護可靠動作,電氣火花也不能引爆瓦斯。瓦斯超限(或有電)閉鎖裝置等輔助器件,作為其它技術的必要補充,當聯網不方便時,可確保瓦斯超限或有電時打不開設備蓋板。

    不更換現有在用設備,而配套應用抗違章保護技術集成模板的模塊①~⑧后,就可防止帶電作業,防止井下約100%引爆瓦斯的電氣火花,根據前述孫繼平教授的研究結論,就能降低48.1%(約一半)的瓦斯爆炸,產生了出人意料的集成創新效應,產生原因是把筆者發明的專利技術和自創技術集成在公知技術網絡系統(見圖2)上所致。

    1885年卡爾·本茨研制成功的三輪汽車。1886年,德國人哥德利普·戴姆勒在一輛四輪馬車上安裝了自己研制的汽車發動機,創造出每小時18千米的速度行駛,人類歷史上第一輛四輪汽車誕生了。汽車發明的重要環節在于他將自己研制的發動機安裝在了大家很熟悉的四輪馬車上,但是對后世的影響卻不僅僅是簡單地集成組合,而是創造了現代社會的生活基礎之一。抗違章保護技術創新產生的降低一半瓦斯爆炸的安全效益,其出人意料效果與汽車有相似之處。


    抗違章保護技術可從技術裝備上保證12條法規標準的貫徹落實,列舉如下:

    GB3836.1-2010 聯鎖裝置:為保持專用防爆型式用的聯鎖裝置,其結構應保證非專用工具不能輕易解除其作用。①螺絲刀、鑷子或類似的工具不應使聯鎖裝置失效。②開蓋聯鎖可實現開蓋前斷電、斷電后閉鎖(鎖定,如不能向該設備供電)等聯鎖功能,必要時也可根據需要同時實現相關報警功能;附錄A:電纜引入裝置安裝之后,僅應通過工具才能拆卸下來。

   《煤礦安全規程》第442條:“井下不得帶電檢修電氣設備。嚴禁帶電搬遷非本安型電氣設備、電纜,采用電纜供電的移動式用電設備不受此限。所有開關把手在切斷電源時必須閉鎖井下不得帶電檢修、搬遷電氣設備、電纜和電線,檢修或搬遷前,必須切斷電源”;第443條:“非專職人員或非值班電氣人員,不得擅自操作電氣設備”;第481條:“采區電工不得擅自打開采區變電所電氣設備進行修理”。

     AQ1023—2006《煤礦井下低壓供電系統及裝備通用安全技術要求》:煤礦井下低壓供電系統及裝備應實現分級閉鎖和全閉鎖。

     分級閉鎖:將接線腔分成電源進線和負載出線兩個獨立隔爆接線腔,在帶電情況下打開任一接線腔時,在接線腔未失爆前通過閉鎖機構動作使開關分閘斷電且閉鎖的一種保護。負載出線腔閉鎖本級開關,電源進線腔閉鎖上級開關。

     全閉鎖:設備的電源進線和負載出線只設一個隔爆腔,在帶電情況下打開接線腔時,在接線腔未失爆前通過閉鎖機構動作使上級開關分閘斷電且閉鎖的一種保護。


   《山西煤礦安全質量標準化標準及考核評級辦法》要求:電氣設備應實現“三開一防”(即開蓋斷電、開蓋閉鎖、開蓋報警及防止非專職人員擅自開蓋操作)。開關必須具有“兩防”功能(即防止擅自送電,防止擅自開蓋操作,保證螺絲刀、鑷子等非專用工具不能輕易解除它的作用,且各對組的專用工具互不相同)。電氣設備螺旋喇叭嘴應具有防松功能。

     MT/T 1097—2008《煤礦機電設備檢修技術規范》要求:檢修后的礦用電氣設備,為確保其安全供電和防爆性能,必須實現兩防(防止擅自送電,擅自開蓋操作)保證非專用工具不能解除的聯鎖功能,礦用開關兩防鎖的結構性能按JB/T10835—2008執行。
3  結論

    經過我們這幾年研究和應用,筆者認為:只有研究、開發、生產、推廣抗違章保護技術產品,建立抗違章系統,才能從根本上杜絕違章作業,才能徹底杜絕煤礦事故的發生。僅靠人的自覺性和制度的強制性防止違章作業,其可靠性不是最高的。

    抗違章保護技術裝備 “能夠確保人們無法違章帶電作業,或能夠確保即使違章帶電作業也造不成事故”。集成應用抗違章保護技術后,不更換現有設備,只要加裝成本相對很低的傳感器及線路等,即可防止井下所有引爆瓦斯的電火花,進而產生出人意料的集成創新效應,降低48.1%的瓦斯爆炸,很有必要推廣應用。

 

參考文獻:

[1]  孫繼平.《煤礦安全生產與信息化》[M].北京: 煤炭工業出版社, 2011.

[2]  郭春平. 抗違章保護技術創新方法研究[J].《煤礦安全》,2010,(5) .

[3]  尹維佳.違章與事故  [EB/OL] .http://www.anquan.com.cn/Wencui/lecture/ 200706/55415.html,2007-6-18.

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