兰花集团同宝煤业矿区防雷设计-毕业论文网

论文总字数：12182字

目录

1 引言 1

2 现场勘查 1

3 防雷原理及雷击事故因素 2

4 炸药库的防雷 2

4.1 防直击雷 3

4.2 防雷电感应 4

5 供配电系统的防雷 4

5.1 110kV高压架空输电线路 5

5.2 35kV配电线路 5

5.3 10kV配电线路 6

5.4 变电所 6

5.4.1 进线段保护 6

5.4.2 直击雷防护 6

5.5 设备 8

5.5.1 变压器 8

5.5.2 避雷器 8

6 电子系统的防雷 8

6.1 瓦斯报警信号系统 8

6.2 安全监控系统 9

6.2.1 电源防雷 9

6.2.2 通讯线防雷 10

6.3 电子地磅称重信号系统 11

7 矿井的防雷 11

7.1 矿井口 11

7.2 入井轨道 11

7.3 入井管线 12

7.3.1 电源线路的防雷 12

7.3.2 信号系统的防雷 12

7.4 接触网的防雷 12

7.5 井下设备的接地 12

7.6 废弃井巷或封闭区域防雷 12

8 结语 12

参考文献 13

致谢 14

兰花集团同宝煤业矿区防雷设计

侯思琪

，China

Abstrac:Comprehensively consider the geographical, geological, soil, meteorological, environmental, and thunderstorm activity rules of the Lanzhou Tongbao Coal Mining Area, combined with the characteristics of coal mining production and based on relevant national and local standards, from explosives storage, distribution and distribution systems, and electronic systems. Mines and mines shall propose corresponding lightning protection measures in four aspects to reduce the degree of lightning strikes of the coal mine and ensure the safe and reliable operation of the mining area.

Key words:Coal mine; lightning protection design; equipotential bonding; electrostatic shielding

1 引言

在这个经济发展迅速、生产力不断提高、科学技术突飞猛进的时代，安全生产依然是第一要素。煤矿因行业特性大都建在地势较高处的山岭地带，空气湿度相对较大，地质结构复杂，土壤电阻率较高且突变，再加上煤矿生产过程中产生的大量粉尘漂浮物，这些因素都使得煤矿地区极易遭受雷击，并且遭受雷击后雷电流很难泄放出去。雷击具有选择性，周围环境空旷且电阻率有突变的地方都是雷击高发区，而煤矿的情况刚好符合这两个条件。雷击不仅会影响煤矿的供配电系统而导致停电，还会造成设备损坏、瓦斯爆炸等事故，极大地影响了煤矿的安全生产工作，给煤矿造成巨大损失。

夏季雷阵雨、暴雨、强风、冰雹等强对流天气出现得非常频繁，雷电的活动规律具有随机性，活动强度具有不可预测性，这都使得煤矿发生雷击事故的概率非常高。煤矿的主要建筑物都位于山坡上，因此极易遭受雷击；煤矿中的供配电系统、传输线、精密电子设备等极易遭受感应雷击；矿井的排风口处会排出大量高浓度瓦斯、氢气等气体和粉尘漂浮物，使矿区上方空气的电导率增加，当雷雨云到来时，这些粉尘漂浮物就会成为雷雨云和矿区地面电场之间的导电通道，使得雷雨云对地面电场的放电更方便，不仅会导致瓦斯爆炸的发生，还会对煤矿的人身财产安全造成极大的威胁^[1]；矿井井口处的入井金属轨道可能会在遭受直击雷时将雷电流引入矿井中，导致雷击事故的发生。

煤矿所处的地理位置、作业场所的环境特点等都决定了煤矿矿井随时都可能因瓦斯、粉尘漂浮物、水、火和顶板等发生重大安全事故。所以煤矿会为了供电、通风、排水等引入新的科学技术设备，这样会使得煤矿遭受的雷击灾害变得更加复杂多样，其破坏性也会随之增加，煤矿中作业人员的人身财产安全遭到极大威胁，遭受雷击后煤矿将蒙受巨大的损失。^[2]通过对近年来多处煤矿雷击事故的分析研究，发现雷电给煤矿造成的安全生产事故逐年增加，雷电对煤矿的威胁越来越大，因此有越来越多的人重视煤矿防雷方面的研究，现如今对煤矿的防雷工程设计显得尤为重要。

对于煤矿的系统性地雷电防护，从直击雷防护、感应雷及雷电电磁脉冲的防护、等电位连接、综合布线、屏蔽、接地及地网系统六个方面为煤矿设计一套完整的防雷方案。^[3]不但要避免建（构）筑物等遭受直接雷击，还要保证供配电系统、电子系统、矿井中的设备和线路等的安全可靠运行。

2 现场勘查

晋城市的年平均雷暴日为32.0天，根据《建筑物防雷设计规范》^[4]可知，该煤矿所在地区属于多雷区。该煤矿位于市郊的一个山坡上，周围较为空旷，土壤电阻率大于1000Ω·m。矿区内只有一个矿井，矿井中包括入井轨道、入井管线、机房等，引入井内的线路埋地且穿过钢管。办公楼位于矿区的入口，地势相对较低。电子地磅就位于办公楼的门口，办公楼内有瓦斯报警监控设备、安全监控设备、计算机、电话机、电子地磅显示器等弱电设备；变电所的地势要高于办公楼，变电所后方装设有变压器。矿井则位于变电所旁边，且附近安装有空压机，两者中间隔着一条水渠。空压机房外有一个金属框架的简易挡雨棚。从低压配电房引出的电源线路，架空连至办公楼和空压机房。另外还有炸药库、瓦斯抽放站、绞车房、煤仓、通风机房等建（构）筑物。本文主要对炸药库和变电所两个建（构）筑物、输电线路、电子系统和设备、矿井进行防雷设计。

3 防雷原理及雷击事故因素

雷电是一种放电现象，发生在雷雨云之间或云地之间。雷电流会产生热效应、机械效应、电磁效应、冲击波效应和静电感应，还会造成地电位反击、瞬时感应过电压和过电流，给煤矿中的建筑物、精密电子设备和作业人员造成极大威胁。雷电防护主要从直击雷防护、感应雷防护和雷电电磁脉冲防护三个方面采取措施。

直击雷具有极强的破坏力。煤矿中的突出地面的建（构）筑物都极易遭受直接雷击。当雷电直接击在物体上时，在物体上通过的雷电流同时伴随着大量热量的产生，如果这些热量无法得到迅速释放，将会使遭受直接雷击的建筑物炸裂、线路损坏以及金属融化。^[5]在煤矿的所有建筑物中，需特别注意炸药库。炸药库中存放有易燃易爆品，如有雷电流流经炸药库，将会发生火灾或爆炸事故。

雷电感应主要有两种：静电感应和电磁感应。经勘察发现该煤矿的供配电线路并未采取屏蔽措施，静电感应、电磁感应以及产生的地电位反击很容易沿线路进入建筑物形成过电压，并导致设备损坏。同时，电源线路采用架空线路直接引入建筑物内，雷电会使架空线路上发生静电感应，大量的感应电荷会形成感应过电压波，最终冲击并损坏供电设备。当存在较大环路且不闭合时，在开口处容易产生火花和高电压，引起易燃物品着火、易燃气体爆炸和电子设备损坏。^[6]综上可知，该煤矿的信息系统、供配电系统、炸药库和存在较大环路的部位最易遭受雷电感应的侵害。

雷击电磁脉冲是闪电通道在先导主放电过程中向外辐射的高频和甚高频电磁能量。电磁脉冲主要有两种传送方式：传导耦合和辐射耦合。随着煤矿标准化建设，很多机械设备、电路线路及电子监控设备被引入井下，易因各种线路感应雷电电磁脉冲过电压而引起瓦斯爆炸。尽管该煤矿位于山区，周围岩石众多，雷击电磁脉冲照样可以穿过山体或通过井口对井内的精密电子设备造成干扰或损坏。^[7]雷击电磁脉冲在穿过山体时存在部分衰减，但这并不会减小其对井内精密电子设备的破坏力。煤矿的矿井处存在许多金属管道和线缆，雷击电磁脉冲可沿其进入井内，对井内精密电子设备造成过电压干扰或损坏，同时也会导致瓦斯报警信号系统、安全监控系统、计算机网络系统等的瘫痪，最终将导致煤矿发生一场巨大的生产事故。

4 炸药库的防雷

根据《建筑物防雷设计规范》^[4]和《煤炭工业矿井防雷技术规范》^[8]中的规定，炸药库属于第一类防雷建筑物。炸药库是煤矿井上最危险的部位，由于炸药库中没有电子设备和架空或埋地的金属管道，所以无需为防雷电波侵入采取措施，仅从防直击雷和防雷电感应两个方面考虑。

4.1 防直击雷

该炸药库长20.5m，宽11.2m，高5m。如图1所示。