隔爆型多功能支架灯的研究与应用
隔爆型多功能支架灯的研究与应用
薛玉专1 陈先昱1 许稼熙2 张兆勇1
【1-煤炭科学研究总院南京研究所，江苏 南京 210018；2-徐州矿务集团公司机电处，江苏 徐州 221006】
摘 要 本文所介绍的隔爆型多功能支架灯，通过五芯电缆与采区电控开关配套使用，具有环境照明、信号联络和就地控制停机等功能，是《煤矿安全规程》对综采工作面所要求的必备装置之一。该产品在徐州矿务集团公司旗山煤矿和山西省马堡煤矿首次应用并获得成功。
关键词 照明装置 隔爆型 综采工作面 支架
与世界采煤业发达的国家相比，我国综采工作面的照明条件是比较落后的。为保证安全生产、改善工作环境，《煤矿安全规程》第473条规定了综合机械化采煤工作面必须要有足够的照明，且照明灯间距不得大于15m；同时第72条又要求：采煤工作面刮板输送机必须安设能发出停止和启动信号的装置，发出信号的间距不得超过15m。目前，能同时具备照明和信号功能、满足隔爆要求并适合井下综采工作面特定场所使用的产品，在市场上还不多见。随着我国煤矿机械化程度的不断提高，特别是综采技术推广普及以后，努力改善综采工作面的作业条件，确保煤矿安全高效生产，已经被越来越多的煤矿现场和科研单位所重视。
根据需要，现专为综采工作面研制了一种以环境照明为主，兼有信号联络、就地控制停机（该功能对处理突发事故很重要）的多功能支架灯。该灯的研制成功为进一步改善综采工作面的作业环境、确保安全生产提供了良好条件。
1 技术方案
1.1 设计原则
①首先满足使用功能，即照明、信号、就地控制系统停机；
②现场维修一定要方便，应具备故障检测功能；
③符合瓦斯矿井采区工作面选用条件，防爆型式为矿用隔爆型；
④操作简单，工作可靠，无故障时间保证在3个月以上；
⑤长期工作制。
1.2 电气系统工作原理
隔爆型多功能支架灯的基本工作原理如图1所示。其中L1、L2为照明电源线；L3、L4为系统控制线；S1为多功能支架灯主腔(透明罩)的开盖断电闭锁开关；S2为系统紧急断电控制开关；S3为信号打点按钮开关；S4为供电线路故障检测开关。
图1 电气原理图
当灯具盖开启时，S1的1、2、3、4点均断开，灯管断电符合防爆要求。按动S2则5、6、7、8点均断开，通过L3控制供电柜切断整片电力电源，实现应急断电。按动S3则9、10点接通，将L4与地线SL短路，通过L4控制电源柜切断电源，灯灭，放开S3则灯亮恢复，操作时间间隔的长短不同组合，按约定实现传递信息及联络的目的。按动S4则11、12点接通而13、14、15、16、17、18点断开，L4通过电阻及二极管连通至地线，可检测前方线路的故障点，依次类推，可逐步分段排查故障。
1.3 主要技术参数
（1）型式：矿用隔爆型
（2）额定工作电压：照明回路：AC127V ；控制回路：AC36V
（3）灯管功率：35W、70W两种
（4）光源光效：65Lm/w
（5）灯管寿命：15000h
（6）信号方式：灯光闪烁（间隔0.5s）
（7）引线电缆直径：26mm
（8）引线装置：M42压紧螺母式
２ 结构设计
多功能支架灯结构见图2。
(1-恢复按钮；2-红色拉手；3-过渡法兰；4-急停开关；5-壳体； 6-镇流器；7-灯管；
8-反光罩；9-灯座；10-透明罩；11-信号开关；12-衬垫；13-开盖闭锁开关；14-信号按钮)
图2 多功能支架灯结构图
2.1 外形构思
井下综采工作面是一条狭长低矮的不规则空间，外观尺寸应尽量考虑呈扁平状，降低高度，减少厚度，以利在支架顶梁上吊挂安装。
2.2 壳体结构
防爆壳体分主腔和接线腔两部分。主腔内装有开盖闭锁开关、信号开关、急停开关、故障检测开关和高压钠灯灯管及附件等。除开盖闭锁开关以外，每个开关的触点均通过具有防爆结构的操作杆在壳体外部控制。
接线腔内布置两排JF6-660接线端子，接线空间尽量放大，以方便检修维护。电缆引入装置采用标准A4规格的压紧螺母式结构，按φ26mm电缆外径特制加工内孔，通过引入装置型式试验，符合防爆标准的夹紧密封要求。
透明罩为8mm厚的钢化玻璃用模具压铸成型，外加网罩保护，具有一定的防磕碰能力。
防爆壳体的法兰结合面均采用沉孔内六角螺栓固定，整齐、美观，符合特殊紧固件要求。
2.3 急停开关和信号开关
急停开关和信号开关是两个与安全有关的重要部件，为了更换方便，应将其设计成各自独立的单元。在材料选择上要考虑防止因隔爆面或操作杆表面锈蚀而影响动作的可靠性，两个部件外壳均用黄铜铸造成型，运动件（操作杆）采用不锈钢制造。
３ 实际应用
新研制的隔爆型多功能支架灯先后在徐州矿务集团公司旗山煤矿和山西省马堡煤矿投入使用，效果良好。
3.1 实际使用的工况条件
旗山煤矿从2004年1月起在1124综采放顶煤工作面使用，与原西德进口设备配套。使用环境恶劣，工作面潮湿，有瓦斯、煤尘, 粉尘浓度大,顶板破碎,产品有被砸、碰、冲击等危险因素。
多功能支架灯的安装形式为贴工作面支架顶梁吊挂安装，共安装了15台,其中9台为功率35ｗ的, 6台为功率70ｗ的。工作方式为连续工作制。直到现在，它们仍在正常使用。
山西省马堡煤矿从2005年1月起在1501采煤工作面使用,工作面全长150m，与ZFSB-4000/17/28型国产液压支架配套,由照明综保供电,通过BQD15-400A双速开关远控停机。使用环境也很恶劣，工作面潮湿，有瓦斯、煤尘,顶板破碎、不稳定。
多功能支架灯的安装形式相同。每9个支架跨距布置一台，整个工作面共计安装13台功率为35W的多功能支架灯。工作方式也是连续工作制。直到现在，它们也仍在正常使用。
3.2 应用效果
经旗山煤矿和马堡煤矿井下实际使用后，现场评价认为，该产品具有以下几个特点：
① 一灯多用 本产品集三种功能于一体，结构紧凑，综合性强。尤其是作为一种应急手段，遇到特殊情况需要处理时，工作人员只要在任意一台产品上拽下急停开关的拉手，即能够就地实现控制系统（整个工作面）紧急停机，由此大大提高了现场的安全防护能力。
② 亮度大，寿命长 本产品系双管芯高压钠灯，最大优点是配备的照明灯管比原来使用的灯具亮度大、寿命长。两个矿下井共使用了近30台，在恶劣的环境中连续平均工作时间都已在一年以上，且目前仍在正常使用中，既节省了材料消耗，又减少了维护工作量，经济效益显著。
③ 维护方便 井下采煤面是一条狭长的工作空间，沿线布置的每一台设备如果出了故
障，排查起来都比较费时费力。本产品内部设置了一套故障检测开关，采用分段排除、逐步逼近的方法，可准确判断故障点，快速排除“病灶”。
④ 安装操作简单 本产品外观设计比较合理，整体呈方形扁平状，能和支架顶梁贴合悬挂，适于在空间低矮的综采工作面使用。防爆外壳具有较高的强度，耐冲击、耐磕碰。其内部电路排列整齐规范，接线空间较大，现场安装、维修都很方便。
4 推广前景
目前，我国重点煤矿的采煤机械化程度已达80%以上，其中综采机械化程度也已达到60%，创百万吨的综采工作面有近百个。若每个综采工作面长度平均以200m计算，全国重点煤矿的综采工作面需要本产品应该至少在2000台左右。随着能源需求形势的发展，这一数字将会不断扩大，因此本产品推广前景广阔。
该产品目前已通过国家煤矿安全监察局组织的技术鉴定，并获实用新型专利。
第一作者简介 薛玉专 男，1955年出生。1977年毕业于焦作矿业学院机电系。现在煤炭科学研究总院南京研究所从事科研工作，高级工程师。并任江苏省煤炭学会技术咨询委员会委员。邮政编码：210018
（收稿日期：2006-01-04；责任编辑：周正行）
