Іскробезпечне шахтне освітлення, Контент-платформа
магістрант групи АУ-М-1-09
Московський державний гірничий університет
ШКІРНЕБЕЗПЕЧНЕШАХТНЕОСВІТЛЕННЯ
INTRINSICALLY SAFE MINELIGHTING
Застосування освітлювальних приладів (ОП) в умовах підземних виробок вугільних шахт регламентується багатьма нормативними документами: Правилами безпеки [1], Правилами улаштування електроустановок [2], Правилами технічної експлуатації [3] та вимогами до вибухозахищеного електрообладнання ГОСТ Р51330 [4].
У шахті використовуються такі види світильників:
- стаціонарні освітлювальні прилади (СОП), що встановлюються в капітальних виробках (загальне освітлення), ОП для локального освітлення робочих місць; для виробничих машин, механізмів (добичне, прохідницьке обладнання, електроприводи тощо);
- індивідуальні ВП – головні світильники шахтарів;
- інформаційні ВП – світлофори, індикаційні табло, сигналізатори.
Безпека застосування ОП грунтується, як і у разі будь-якого вибухозахищеного електрообладнання, на обов'язковому застосуванні автоматичного газового захисту, що відключає від мережі все електрообладнання, в тому числі й ОП, що має рівень РВ і нижче [1] при досягненні концентрації метану допустимого рівня. На багатьох гірничодобувних підприємствах застосування ВП не допускається без виконання спеціальних проектних рішень та підвищених заходів безпеки (табл. 1).
Умови вибухонебезпечності виробок шахт та необхідний рівень вибухозахисту ВП
Категорія небезпеки шахти
Вироблення, умови провітрювання
Необхідний рівень вибухозахисту ВП
Небезпека раптових викидів/круті пласти
Очисні, підготовчі/ вихідний струмінь
РО, тільки індивідуальні світильники
Небезпека раптових викидів/круті пласти
Горизонтальні виробки, камери/ свіжий струмінь
РВ – за спец. проекту, Автоматичний контроль метану 1%
Автоматичний контроль метану 1%
Забій прохідницького ствола,
Автоматичний контроль метану 1%,
РП - Дозвіл директора виробництва
Крім виробок із суфлярними виділеннями газу
Як очевидно з табл. 1, при появі небезпечної концентрації метану, тим більше, в аварійній ситуації в шахті всі ВП відключаються. До експлуатації допускаються тільки світильники, що мають РВ рівень вибухозахисту та живляться від безперебійних джерел або від автономних іскробезпечних акумуляторних джерел. Парк шахтного освітлювального обладнання не має ВП з рівнем вибухозахисту РВ, що є суттєвим обмеженням в умовах аварійної ситуації та на гірничодобувних підприємствах, де не допускається застосування електрообладнання з рівнем вибухозахисту нижче рівня РВ.
Безпека виробництва вимагає [6] певної освітленості виробок (табл. 2).
До вищезазначених вимог необхідно додати особливі умови організації освітлювальної мережі. Живлення ВП здійснюється від мережі 127 В, 50Гц за броньованим або екранованим силовим кабелем ВББГ, ВРГ, ВРНГ перетином 6,0 мм кв., СБ, СБГ перетином 10 мм кв. Для установки в межах ділянки, де кабель використовується недовго, застосовується гнучкий кабель КРПСН. У вибоях та інших місцях, де освітлювальні установки часто переміщаються, застосовується гнучкий екранований чотирижильний кабель ГРШЕ. У шахтах не небезпечних за раптовими викидами допускається застосування гнучкого неекранованогокабелю.
Регламентовані рівні освітленості виробок у нормальних умовах експлуатації
Норма освітленості, Лк
Потужність лампи, Вт
Відстань між лампами, м
Людські ходки, ухили, бремсберги, відкатні штреки
По центру виробітку
Розминівки, приймальні майданчики, розпредпункти
Перевантаження вугілля, локомотивні гаражі, ЦПП, забої стволів, приймальні майданчики, перекиди
Головними вимогами до кабелю є зниження втрат в лінії при обмеженні вартості (перетин жил) кабелю. Мережа повинна мати захист від КЗ та від струмів витоку. Кабель має екран, що забезпечує безпеку мережі освітлення. Для захисту від витоку ОП включаються до контуру заземлення. Заземлення повинні проводитися для кожного ОП, але на відстані не більше 100 м. При аварійній ситуації освітлювальна мережа відключається по АГЗ, тому що ОП мають низький рівень вибухозахисту.
ОП, що знаходяться в експлуатації, мають низьку надійність і вимагають регулярної заміни (практично щомісяця) для підтримки заданої освітленості робочого місця, що призводить до значних експлуатаційних витрат через складність ремонтних робіт в умовах підземних гірничих виробок.
Таким чином, реалізація вище перерахованих норм вимагає витрат на організацію освітлювальних мереж підтримки їх у робочому стані та забезпечення їхньої безпеки.
В результаті оснащеність гірничих виробок освітлювальними приладами на сучасній шахті не перевищує 0,5-0,7 необхідного рівня освітленості, що нормується.
Аналіз освітлювальних приладів, що експлуатуються в умовах підземних виробок вугільних шахт, показує, що освітлювальні прилади (ВП), що застосовуються в даний час, не забезпечують безпеки їх експлуатації, що регламентуєтьсявимогами «Правил безпеки» щодо норм захисту від ураження електричним струмом, та за рівнем вибухозахисту. Не випускаються ОП у РВ виконанні, їх масо-габаритні параметри істотно нижчі за аналогічні загальнопромислові вироби.
Розглянута ситуація у шахтній вибухозахищеній освітлювальній техніці потребує створення ВП сучасного технічного рівня.
Ефективним рішенням для ВП є використання світлодіодних ламп. Використання такого типу ВП дозволяє довести термін його служби до 10 тис. годин (замість 300-500), знизити споживану потужність у 5-10 разів, забезпечити його повну електро- та вибухобезпеку.
Експериментальні роботи з різними варіантами ВП, що складаються з різних ламп потужністю до 15 Вт, дозволяє забезпечити освітленість еквівалентну лампам розжарювання до 150Вт [5].
Експериментальні розрахунки з шахтного освітлення
Для оцінки ефективності освітлення, а також для розрахунку необхідної кількості освітлювальних приладів проводяться розрахунки освітленості.
Йоу = 0.14 Еmin = 3 z = 0.8 F = 409.821
де Emin – освітленість за нормами, лм; S - площа поверхні, що освітлюється, м; Йоу - коефіцієнт використання світлового потоку; z – коефіцієнт, що враховує нерівномірність освітлення (для гірничих виробок приймається 0,8).
У розрахунках використовуються світлодіодні світильники EV-1050, EV-2100 з напругою 12В і силою струму 0,12А. Сила світла 1050 та 2100 лм. За результатами розрахунків інтенсивності освітлення, обчислюється необхідна кількість освітлювальних приладів на 1 м2.
де Fл - світловий потік джерела світла, F - Необхідний світловий потік.
Як видно з розрахунків освітленості виробітку довжиною в 100 м, необхідна кількість світлодіодних світильників EV-1050, EV-2100 становитиме 14штук.
Для роботи всієї системи крім світильників потрібні джерела електроживлення. В даному випадку використовуються іскробезпечні стабілізовані джерела електроживлення ССИПВ К, з вхідною напругою 127В і вихідною іскробезпечною напругою 12В і вихідним струмом 1,2А.
Pіст = U · I = 12 · 1.2 = 14.4
Рлам = U · I = 12 · 0.12 = 1.44
де, U – вихідна іскробезпечна напруга, I – вихідний струм
Отримавши всі необхідні потужності, проводиться розрахунок максимальної кількості ламп на джерело електроживлення
N = Pіст / Рлам = 10
З розрахунків видно, що одне джерело може запитати до 10 ламп EV-1050, EV-2100
Для роботи всієї системи її необхідно з'єднати за допомогою шахтного кабелю. Вибір шахтного кабелю для системи освітлення проводиться за підсумками розрахунків.
Опір проводу розраховується за формулою:
R = 20 Ом/км ρ = 0,0178 Ом · мм² / м L = 100 м
де: R - опір дроту, ρ - питомий опір,
L – довжина, S – поперечний переріз.
S = ρ · L / R = 0,0178 · 1000 / 20 = 0.89 мм²
R2 = π/S = 3.14/0.89
R2 = 0.89/3.14 = 0.28
У результаті діаметр кабелю для даної становить 1.06 мм.
З проведених робіт створено високоефективний освітлювальний прилад.
Його конструкція гарантує повну електробезпеку ВП за рахунок використання іскробеззапасної напруги. Це дозволяє увімкнути – вимкнути ОП у будь-яких умовах без відключення живлення в мережі.
Структурна схема розташування світильників та джерела електроживлення на свіжому струмені представлена на рис. 1.
Відстань у 7 метром, між джерелами світла, вибрано відповідно до норм мінімального освітлення в 5 лк(Табл. 2)
Технічні параметри джерела живлення: