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煤礦的雷擊安全隱患及防雷保護(hù)

文檔作者：景東平延雪花文檔來(lái)源： 1．山西省臨汾市氣象局 2．南京信息工程大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月04日
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煤礦的雷擊安全隱患及防雷保護(hù)
技術(shù)與應(yīng)用
景東平 延雪花 ，2
(1．山西省臨汾市氣象局， 山西臨汾041000；2．南京信息工程大學(xué)，南京 210044)
摘要煤礦因其所處的特殊的地理環(huán)境而極易遭受雷擊，從現(xiàn)實(shí)情況中也不難看出近年來(lái)煤
礦因遭受雷擊而造成的生產(chǎn)事故不斷發(fā)生。本文分析了煤礦易遭雷擊的原因，煤礦的雷擊安全隱
患，從而將煤礦各部位和系統(tǒng)易遭受的雷擊損害形式進(jìn)行了歸類，并進(jìn)一步針對(duì)不同雷擊損害形
式對(duì)煤礦的各部位和系統(tǒng)做了必要的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)。希望本文對(duì)目前的煤礦防雷工作有所幫助。
關(guān)鍵詞：煤礦；雷擊隱患； 防雷保護(hù)
Analysis of Coal M ine Safety Problems and Lightning
Protection Lightning
JingDongpingi YanXuehual_2
(1．Linfen City Meteorology Bureau of Shanxi Province，Linfen，Shanxi 04 1 000；
2．Information Engineering Nanjing University,Nanjiing 2 1 0044)
Abstract Mine finds itself because of its special geographical environment vulnerable to
lightning，from the reality of coal is also not difi cult to see due to being struck by lightning in recent
years，caused by industrial accidents continue to occur．This shallow to analyze the reasons for
lightning—prone coal mines，coal mines lightning safety problems，which will mine the various parts and
systems vulnerable to lightning damage to the form of a classified，and further the different forms of
lightning damage to coal mine the various parts and systems to do the necessary lightning protection
design．Hope that this current coal mine job．
Key words： coal m ine；security risk；lightning protection
雷電災(zāi)害是最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。隨著我國(guó)
煤礦產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)速度的加快和電子技術(shù)的飛速
發(fā)展，各種敏感的電子設(shè)備不斷應(yīng)用到煤礦的電力
系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和各種監(jiān)控系統(tǒng)中，煤礦的雷電防
護(hù)形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。本人所處地區(qū)煤礦較多，擁有便
利的條件到實(shí)地進(jìn)行考察，然后運(yùn)用自己的理論知
識(shí)對(duì)煤礦的雷擊安全隱患進(jìn)行分析并提出防雷保護(hù)
措施。
1 煤礦易遭雷擊的原因分析
根據(jù)雷擊的選擇性，空曠地帶和土壤電阻率有
突變的地方容易遭受雷擊。煤礦都處于空曠地帶，
并且很多煤礦同時(shí)處于巖石和土壤的交界處及土壤
電阻率有突變的地點(diǎn)，煤礦礦區(qū)是一個(gè)容易遭受雷
擊的地點(diǎn)。
地形對(duì)雷暴的移動(dòng)有以下影響： 當(dāng)積雨云遇山
地阻擋時(shí)， 由于迎風(fēng)面有上升氣流影響，使雷暴在
山地的迎風(fēng)面停滯少動(dòng)；當(dāng)積雨云受山脈阻擋時(shí)，
雷暴即沿山脈走向移動(dòng)，如山脈有缺口，則雷暴順
著山口移動(dòng)。我國(guó)大部分地區(qū)山地的東坡、南坡較
北坡、西北坡易受雷擊， 山地的平地較峽谷容易受
雷擊。因此如果煤礦處于上述地帶的話是容易遭受
雷擊的。
另一方面煤礦在生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量
的煤炭粉塵，這些粉塵懸浮在礦區(qū)上方的空氣中，
無(wú)疑增加了礦區(qū)上方空氣的電導(dǎo)率。當(dāng)雷雨云到達(dá)
礦區(qū)上空時(shí)，這些懸浮的粉塵為雷雨云與礦區(qū)大地
電場(chǎng)之間提供了有利的導(dǎo)電通道，從而使雷雨云更
容易對(duì)地放電，造成地面人員傷亡和設(shè)備損壞。
2 煤礦雷擊安全隱患分析
直擊雷是閃電直接擊在建筑物、其他物體、大
2012年第1o期~mi／t／lt I 57
技術(shù)與應(yīng)用
地或防雷裝置上，產(chǎn)生的電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力。
煤礦的辦公樓建筑主體、炸藥庫(kù)、主、副井提升機(jī)
房(架)和變電所這些突出地面越高的物體很易遭
受雷擊。強(qiáng)大的雷電流通過(guò)被擊物體時(shí)產(chǎn)生大量的
熱量，如果在短時(shí)間不易發(fā)散出來(lái)，極容易造成金
屬被融化，建筑物被炸裂，尤其是通過(guò)雷電流流過(guò)
存放易燃易爆物品的炸藥庫(kù)時(shí)，會(huì)引起火災(zāi)或爆炸。
雷電感應(yīng)分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)。采用架空
供電線路時(shí)，在雷雨天氣由于靜電感應(yīng)架空線路上
感應(yīng)的大量電荷形成感應(yīng)過(guò)電壓波沖擊煤礦的供電
設(shè)備。煤礦里的金屬屋頂或其他導(dǎo)體同樣會(huì)由于雷
電靜電感應(yīng)產(chǎn)生過(guò)電壓損壞設(shè)備。由于雷電流有極
大峰值和陡度，在它周圍的空間有強(qiáng)大的變化的磁
場(chǎng)，處在這電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)。
當(dāng)存在較大環(huán)路且不閉合時(shí)，在開(kāi)口處容易產(chǎn)生火
花和高電壓，引起易燃物品著火、易燃?xì)怏w爆炸和
電子設(shè)備損壞。在煤礦的信息系統(tǒng)、供、配電系統(tǒng)
和炸藥庫(kù)易產(chǎn)生靜電荷和存在較大環(huán)路的部位最容
易遭受雷電感應(yīng)的損害。
雷電波侵入的主要途徑有3種：①直接雷擊擊
中室外的金屬導(dǎo)線，使閃電的高電壓以脈沖波的形
式沿導(dǎo)線侵入室內(nèi)；②來(lái)自間接雷的電磁脈沖在導(dǎo)
線金屬體上感應(yīng)產(chǎn)生高電位，然后以脈沖波的形式
沿著導(dǎo)線傳播侵入室內(nèi)；③ 由于云地閃電擊在建筑
物上或建筑物附近時(shí)，在地中產(chǎn)生高電位，這種形
式的高電位通過(guò)零線和接地線侵入室內(nèi)。按照以上
的雷電波侵入的主要途徑分析，煤礦容易遭受雷電
波侵入的部位是存在較多線路和電子設(shè)備的信息系
統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、主、副井提升機(jī)房，當(dāng)雷電波侵
入脆弱的電子設(shè)備時(shí)極易造成這些設(shè)備的損壞，進(jìn)
而引發(fā)生產(chǎn)事故，嚴(yán)重是造成人員傷亡。
雷擊電磁脈沖是閃電通道在先導(dǎo)主放電過(guò)程中
向外輻射的高頻和甚高頻電磁能量。電磁脈沖主要
由傳導(dǎo)耦合和輻射耦合兩種方式傳送到被干擾對(duì)
象。對(duì)于煤礦而言，雷擊電磁脈沖主要作用于通信
系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等信息系統(tǒng)。在井
內(nèi)的電子設(shè)備同樣也會(huì)受到干擾或損壞， 電磁脈沖
可以穿透巖層或者通過(guò)井口干擾或損壞井內(nèi)的電子
設(shè)備，雖然電磁脈沖在穿透巖層時(shí)有一定衰減，但
是其對(duì)井內(nèi)設(shè)備的破壞力還是不容忽視的。雷擊電
磁脈沖同時(shí)也可作用于進(jìn)入礦井的各種金屬管道和
線纜形成過(guò)電壓干擾或損壞井內(nèi)電子設(shè)備，造成瓦
斯監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)等監(jiān)控
58 I電疊|l技術(shù)2012~ 10期
系統(tǒng)的癱瘓，造成生產(chǎn)事故。
煤礦各部位和系統(tǒng)易遭受的主要雷害匯總。
經(jīng)過(guò)以上分析可以將煤礦各部位和系統(tǒng)易遭受
的主要雷害匯總見(jiàn)表1。
表1 煤礦各部位和系統(tǒng)易遭受的主要雷害匯總
煤礦部位和系統(tǒng) 主要雷害
辦公樓建筑主體 直擊雷
信息系統(tǒng) 雷電波侵入雷電電磁感應(yīng)雷擊電磁脈沖
供電系統(tǒng) 直擊雷雷電波侵入
配電系統(tǒng) 雷電波侵入雷電電磁感應(yīng)
炸藥庫(kù) 直擊雷雷電感應(yīng)
主、副井提升機(jī)房 直擊雷雷電波侵入雷電電磁感應(yīng)
(架) 雷擊電磁脈沖
3 煤礦的防雷保護(hù)
現(xiàn)代防雷技術(shù)原則強(qiáng)調(diào)全方位保護(hù)，綜合治理。
多層設(shè)防，多思路考慮，把防雷作為一個(gè)系統(tǒng)工程來(lái)
設(shè)計(jì)。表1得出了煤礦的各個(gè)系統(tǒng)和部位主要易遭
受何種雷害， 以下就煤礦上述各部位和系統(tǒng)如何有
效防止主要雷害做了防雷保護(hù)設(shè)計(jì)。
3．1 煤礦辦公樓建筑主體的防雷保護(hù)
一般在煤礦礦區(qū)辦公樓建筑主體是最高的構(gòu)筑
物，根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的建筑物防雷分
類要求，屬第三類防雷建筑物。辦公樓建筑主體應(yīng)
沿屋角、屋脊和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)避雷網(wǎng)
(帶)，并應(yīng)在整個(gè)屋面組成不大于20m×20m 或
24mX 16m 的網(wǎng)格。對(duì)于突出屋面的物體，如為金
屬物體可不裝接閃器，但應(yīng)就近與避雷帶連接。在
屋面避雷帶保護(hù)范圍之外的非金屬物體應(yīng)裝接閃
器，和屋面避雷帶連接。如圖1所示。
圖1 辦公樓建筑主體屋面等電位連接示意圖
辦公樓建筑主體直擊雷防護(hù)裝置的引下線及其
接地裝置應(yīng)符合《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于第三
類防雷建筑物的相關(guān)要求。
3．2 煤礦信息系統(tǒng)的防雷保護(hù)
煤礦的信息系統(tǒng)包括通信系統(tǒng)和各種監(jiān)控系
統(tǒng)，其防雷措施應(yīng)符合《電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)
范》的要求。在進(jìn)入信息系統(tǒng)機(jī)房的導(dǎo)電物均應(yīng)在
LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的界面處做等電位連接。
當(dāng)外來(lái)導(dǎo)電物、電力線、通信線在不同地點(diǎn)進(jìn)入建筑
物時(shí)，宜設(shè)若干等電位連接帶，并應(yīng)就近連到環(huán)形接
技術(shù)與應(yīng)用
地體、內(nèi)部環(huán)形導(dǎo)體或此類鋼筋上。它們?cè)陔姎馍鲜?
貫通的并連通到接地體，含基礎(chǔ)接地體。
信息系統(tǒng)機(jī)房電源系統(tǒng)采用三級(jí)防護(hù)。信息系統(tǒng)
信號(hào)線路浪涌保護(hù)器的選擇，應(yīng)根據(jù)線路的工作頻率、
傳輸介質(zhì)、傳輸速率、傳輸帶寬、工作電壓、接口形
式、特性阻抗等參數(shù)，選用電壓駐波比和插入損耗小
的適配的浪涌保護(hù)器。
圖2 監(jiān)控機(jī)房防雷保護(hù)示意圖
在煤礦井口處將電源線、信號(hào)線分槽布設(shè)，護(hù)
套信號(hào)線加套屏蔽金屬管，各條信號(hào)電纜之間作了
橫向均壓連接，并將進(jìn)入井內(nèi)的金屬管道、軌道、
電纜金屬屏蔽層等均作了等電位連接并接地。在井
下信息設(shè)備的終端加裝信號(hào)浪涌保護(hù)器。
3．3 煤礦供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)
煤礦供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)從直擊雷、雷電波侵
入這兩個(gè)方面考慮，其主要防護(hù)部位有變電所、變
電所內(nèi)變壓器和輸電線路。
變電所防直擊雷的有效措施就是在變電所安裝
避雷裝置，按照《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，煤礦變
電所應(yīng)按第三類防雷建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)。
變電所內(nèi)的主變壓器最重要，應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)。利
用變電所母線安裝閥型避雷器，把它接在主變壓器
旁邊。在雷電波入侵到主變壓器時(shí)，產(chǎn)生全反射使
它們身上的電壓升高，雷電波電壓曲線與閥型避雷
器的較平坦的伏秒特性相交，使避雷器動(dòng)作。對(duì)有
正常防雷的110～220kV變電所，流過(guò)避雷器的雷電
流不大于5kA，在主變壓器沖擊耐壓大于避雷器沖
擊放電電壓時(shí)，主變壓器得到可靠保護(hù)。其次要選
擇好安裝避雷器的位置，它與主變壓器及其它設(shè)備
的距離都應(yīng)小于最大允許電氣距離， 當(dāng)一組不滿足
要求時(shí)可再增一組。
注：防雷器說(shuō)明
1、MC50一B／MC125為大通流量電源第一級(jí)防雷器
2、V20一C／3+NPE為電源第二級(jí)防雷器
3、VF230為電源精細(xì)級(jí)防雷箱
4、UK 30插座式型電源第三級(jí)防雷器
圖3 電源防雷器整體示意圖
l
20112年第10期電l曩l技玳I 59
技術(shù)與應(yīng)用
3．4 煤礦炸藥庫(kù)的防雷保護(hù)
炸藥庫(kù)是煤礦井上最危險(xiǎn)的部位，應(yīng)從防直擊
雷和防雷電感應(yīng)兩個(gè)方面考慮。在防直擊雷方面，
按照《小型民用爆炸物品儲(chǔ)存庫(kù)安全規(guī)范》
(GA838．2009)要求，應(yīng)按第一類防雷建筑物的防
雷措施設(shè)計(jì)。炸藥庫(kù)應(yīng)安裝獨(dú)立的避雷針，為了降
低在設(shè)計(jì)中避雷針的高度，建議盡量避免采用單針
保護(hù)。在庫(kù)區(qū)內(nèi)設(shè)置防雷電感應(yīng)的接地裝置，建筑物
的金屬屋頂、金屬門窗、放靜電裝置、視頻監(jiān)控裝
置等金屬物，均應(yīng)可靠連接到防雷電感應(yīng)的接地裝
置上。防雷電感應(yīng)的接地裝置和電氣設(shè)備的接地裝
置可共用，接地電阻不大于10if2。防感應(yīng)雷部分，主
要有監(jiān)控設(shè)施等，其防范措施嚴(yán)格依照《民用爆炸
物品儲(chǔ)存庫(kù)治安防范要求》(GA837．2009)規(guī)范執(zhí)
行，具體做法在前文已有敘述。
3．5 立井提升機(jī)房(架)的防雷保護(hù)
立井提升機(jī)房的防雷級(jí)別按照《煤礦安全規(guī)程》
要求屬第二類防雷建筑物設(shè)計(jì)。
立井提升機(jī)房的防雷電波侵入、雷電電磁感應(yīng)、
雷擊電磁脈沖的措施和信息系統(tǒng)機(jī)房的措施大致相
同。
立井提升架應(yīng)按第三類防雷建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)，
立井提升架一般雖為金屬框架，可作為接閃器和引
下線使用，但前提是立井提升架本身必須接地良好
且雷電流泄放能力足夠好，這就要求其接地面積較
大，能夠泄放絕大部分的雷電流入地。同時(shí)要做好
纜繩、金屬管道和線纜的等電位連接，相鄰金屬物
的跨接處理。
4 結(jié)論
由于煤礦雷電環(huán)境的特殊性，在對(duì)煤礦防雷工
程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)所設(shè)計(jì)煤礦的地理、地質(zhì)、
氣象、環(huán)境、雷電活動(dòng)規(guī)律、保護(hù)對(duì)象的狀況和特
點(diǎn)等條件認(rèn)真了解，深入到煤礦進(jìn)行實(shí)地勘察，才
能達(dá)到保障煤礦安全生產(chǎn)的目的。本文分析了煤礦
的雷擊安全隱患及防雷保護(hù)，雖然比較簡(jiǎn)要，但還
是比較全面的。有錯(cuò)誤和不足之處，敬請(qǐng)各位專家、
同仁批評(píng)斧正。
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Electrical and electronic systems within structures．
作者簡(jiǎn)介
景東平(1968．)，男， 山西省臨汾市人。2006年畢業(yè)于IiI西師范大學(xué)計(jì)
算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)，工程師。
t塹 皇 奎3
南瑞集團(tuán)29項(xiàng)科技成果獲2012年度國(guó)家電網(wǎng)公司科技進(jìn)步獎(jiǎng)
近日， 國(guó)家電網(wǎng)公司2012年度科技進(jìn)步獎(jiǎng)評(píng)選結(jié)果
揭曉。南瑞集團(tuán)及旗下產(chǎn)業(yè)公司29項(xiàng)科技成果獲獎(jiǎng)，并
且在獲獎(jiǎng)等級(jí)方面相較于201 1年穩(wěn)步提升。
其中，“柔性直流輸電關(guān)鍵技術(shù)研究、裝置研制及示
范應(yīng)用”獲科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)，“太陽(yáng)能試驗(yàn)研究能力建設(shè)
I
60 I電耋|{技lit 2012年第10期
及應(yīng)用”等7項(xiàng)科技成果獲一等獎(jiǎng)，“鄂西三峽地區(qū)輸電
線路雷擊規(guī)律和防治措施研究”等12項(xiàng)科技成果獲二等
獎(jiǎng)，“風(fēng)電調(diào)度自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”等9項(xiàng)科技
成果獲三等獎(jiǎng)。

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