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[摘 要]由于煤矿井下环境和使用要求的不同，不同于普通照明，因此煤矿需要多样化的矿用照明灯具。本文论述了LED系列矿用灯具的优点，详细研究分析了其开发设计过程中的主要环节，为相关技术人员的研究提供参考意见。
[关键词]LED；煤矿照明；设计
中图分类号：TD62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0191-02
1 引言
煤矿是一个特殊的照明场所，无自然光照射，井下工作对于照明的依赖性比较强。传统煤矿照明灯具（白炽灯、荧光灯、高压钠灯等）存在光穿透性差、光照寿命短、维护次数多等不足[1]。
LED光为冷光源，光效高，寿命长，节能环保。近年来，结合煤矿照明环境和使用要求，开发设计的LED矿用灯具在井下照明中，耐冲击，抗震动，光穿透能力强，发热少、省电、寿命长、维护次数少[2]，已逐步成为新一代煤矿照明的主流产品。
2 LED在煤矿照明上的应用
煤矿照明一般分地面工厂照明和井下照明，井下照明可分为便携移动照明、巷道照明、硐室照明、机载照明、采掘工作面照明等。由于井下环境和使用要求的不同，LED矿用灯具按《GB3836-2010爆炸性环境》系列标准，可分为隔爆型、本安型、隔爆兼本安型等；按《煤矿安全规定》、《煤矿机电设备完全标准》、《国家防爆电气标准》等规定，也可分为以下常见类型：
1、矿灯
矿灯在井下照明中属于便携式移动照明。相比传统矿灯[3]，LED矿灯的特点为：整体密封防爆设计；大功率LED灯珠最高温只有60℃；大容量锰酸锂离子蓄电池，具有过充过放电保护；本质安全型电路，具有电子短路保护设计。常见规格有：LED矿灯（4Ah、5Ah如图1）、LED甲烷报警矿灯（4Ah、5Ah、6Ah）等。
图1 5AhLED矿灯
2、巷道灯
巷道灯在井下照明中的使用与维护最多，相比传统巷道灯（直管荧光灯和高压钠灯），LED巷道灯的特点为：整灯密封性好，耐热变，抗冲击；具有多种电路保护；受电压影响小，光源稳定，平均照度大；光穿透力强，寿命长，免维护，减少换灯次数，节能环保。常见规格有（单位为W）：隔爆型（10、12、15、18、26、30、36、40、50、55、60、70、90、100、110、120、200、24W如图2），本安型（5、8、12、13、16、21），隔爆兼本安型（12、15、18、20、24、30、36、40、48、60、80、90、108）等。
图2 24W管形LED巷道灯
3、信号灯
信号灯适用于井下巷道安全指示。相比传统信号灯（高压钠灯），LED信号灯的特点为：光效高、显色指数高、寿命长、维护少、节能环保。常见规格有：隔爆型（12W、15W、60W、18W红光如图3）、隔爆兼本安型（5W）。
图3 18WLED红光信号灯
4、机车灯
随着综掘综采技术在现代化煤矿井中的应用，LED机车灯在电机车、防爆车、掘进机、扒装车、铲煤机上的使用递增。相比传统白炽灯，LED机车灯的特点为：LED光源抗震性强、光效高、安全可靠、节能、使用寿命长。常见规格有：隔爆型（9W、12W、15W、18W、20W、24W如图4）、本安型（24W）。
图4 24WLED机车灯
5、支架灯
支架灯适用于井下综采工作面。相比传统支架灯（双管高压钠灯），LED支架灯的特点为：本质安全型电路，具有过流过压、短路保护；高亮度LED光源，照明寿命长；密封性好，耐水淋、潮湿、腐蚀，抗强冲击、强震动，防爆；免维护，安装调试方便，节能环保。常见规格有：隔爆兼本安型（20W、24W、48W、36W如图5）、隔爆型（16W、18W）等。
图5 36WLED支架灯
3 LED矿用灯具的设计
目前从事LED矿用灯具开发设计的单位比较多。其中具有代表性的有：沈阳广角成套电器股份有限公司、华荣科技股份有限公司、焦作市景安机电设备制造有限公司、煤炭科学技术研究院有限公司、中煤科工集团重庆研究院有限公司、衡水普光照明科技发展有限责任公司、浙江旭升照明有限公司、临汾华策新光宇电源有限公司、乐清市三乐照明有限公司、南京精瑞达灯饰制造有限公司等。
LED矿用灯具需要MA证才可在井下照明中使用，其设计标准以《3836-2010爆炸性气体》系列为主。申报MA标志的程序通常为：安标中心（网上填报、图纸审核）、防爆站（样品检测）、生产企业（现场评审）。
检测检验LED矿用灯具的防爆站主要有：国家安全生产抚顺矿用设备检测检验中心、上海矿用设备检测检验中心、重庆矿用设备检测检验中心、南阳防爆电气检测检验中心、佳木斯防爆电气检测检验中心、沈阳防爆电气检测检验中心。
在开发设计过程中，受关注的内容有：防爆材料的选择（外壳、透明件、密封圈、LED光源组件），整灯防爆结构的设计（参考国标、行标），驱动电路（本质安全型）和多种电路保护的设计，LED光通量与散热（减少对LED光效和寿命的影响）；优化配光（二次配光，实现均匀照度，减少频闪、光衰）等[4]。
一个合格的LED矿用灯具需要进行以下几个测试（以24W隔爆型LED巷道灯为例）：
1、样机检测，以《GB3836-2010爆炸性气体》系列为标准检验图纸。
2、外壳耐压试验（静压法，如图6），样品进行1000KPa的外壳静压试验一次如，加压时间至少10S，不应变形、损坏、泄露。
图6 外壳耐压试验装置
3、外壳抗冲击试验，室温20±5℃，冲击方向应垂直于被试表面，经质量1Kg重物的下落高度2.0m冲击后不应破裂。
4、热剧变试验（如图7），透明件或玻璃处于最高工作温度时，用10±5℃直径1m水喷射应不破裂。
图7 强冲击水装置
5、电压波动试验，电源电压在额定电压的75%～110%范围内波动时，灯具应能点亮。
6、照度试验，3m，≥10lx。
7、表面温度测量，≤150℃。
8、介电强度试验（如图8），电压2.0KV，历时1min应无击穿或闪烁现象。
图8 介电强度装置
9、绝缘电阻试验，≥20.0MΩ。
另外，还有一些测试：内部点燃的不传爆试验，引入装置夹紧密封试验，透明件抗冲击试验，耐热、耐寒试验，外观检查，耐湿热性能，振动试验，冲击试验，等。
4 结语
目前井下照明灯具的选用原则为：光效高、显指高、寿命长、防爆、性价比高、维护少。LED矿用灯具正好迎合这些原则，满足老矿改造、新矿建设的需求。随着国家节能减排、绿色照明政策的推广，以及LED矿用灯具在材料选择、防爆设计、LED光源、电源驱动设计[5]上的升级优化，高性能的LED矿用灯具将为煤矿照明提供有力的保障。
参考文献
[1] 李雪梅.矿井应急无源LED照明系统设计[J].煤炭技术，2013，32（9）：64-65.
[2] 张宇佳.一种改善LED矿灯高色温的方法[J].煤矿安全，2014，45（2）：89-94.
[3] 谢锋云.LED光源在矿山照明中的应用探讨[J].矿山机械，2010，38（5）：26-28.
[4] 宋娟.矿用隔爆型LED巷道灯的开发与设计[J].煤炭工程，2011，9：15-18.
[5] 邬崇朝.LED推广应用瓶颈的探讨[J].照明工程学报，2009，20（4）：38-42.
[关键词]LED；煤矿照明；设计
中图分类号：TD62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0191-02
1 引言
煤矿是一个特殊的照明场所，无自然光照射，井下工作对于照明的依赖性比较强。传统煤矿照明灯具（白炽灯、荧光灯、高压钠灯等）存在光穿透性差、光照寿命短、维护次数多等不足[1]。
LED光为冷光源，光效高，寿命长，节能环保。近年来，结合煤矿照明环境和使用要求，开发设计的LED矿用灯具在井下照明中，耐冲击，抗震动，光穿透能力强，发热少、省电、寿命长、维护次数少[2]，已逐步成为新一代煤矿照明的主流产品。
2 LED在煤矿照明上的应用
煤矿照明一般分地面工厂照明和井下照明，井下照明可分为便携移动照明、巷道照明、硐室照明、机载照明、采掘工作面照明等。由于井下环境和使用要求的不同，LED矿用灯具按《GB3836-2010爆炸性环境》系列标准，可分为隔爆型、本安型、隔爆兼本安型等；按《煤矿安全规定》、《煤矿机电设备完全标准》、《国家防爆电气标准》等规定，也可分为以下常见类型：
1、矿灯
矿灯在井下照明中属于便携式移动照明。相比传统矿灯[3]，LED矿灯的特点为：整体密封防爆设计；大功率LED灯珠最高温只有60℃；大容量锰酸锂离子蓄电池，具有过充过放电保护；本质安全型电路，具有电子短路保护设计。常见规格有：LED矿灯（4Ah、5Ah如图1）、LED甲烷报警矿灯（4Ah、5Ah、6Ah）等。
图1 5AhLED矿灯
2、巷道灯
巷道灯在井下照明中的使用与维护最多，相比传统巷道灯（直管荧光灯和高压钠灯），LED巷道灯的特点为：整灯密封性好，耐热变，抗冲击；具有多种电路保护；受电压影响小，光源稳定，平均照度大；光穿透力强，寿命长，免维护，减少换灯次数，节能环保。常见规格有（单位为W）：隔爆型（10、12、15、18、26、30、36、40、50、55、60、70、90、100、110、120、200、24W如图2），本安型（5、8、12、13、16、21），隔爆兼本安型（12、15、18、20、24、30、36、40、48、60、80、90、108）等。
图2 24W管形LED巷道灯
3、信号灯
信号灯适用于井下巷道安全指示。相比传统信号灯（高压钠灯），LED信号灯的特点为：光效高、显色指数高、寿命长、维护少、节能环保。常见规格有：隔爆型（12W、15W、60W、18W红光如图3）、隔爆兼本安型（5W）。
图3 18WLED红光信号灯
4、机车灯
随着综掘综采技术在现代化煤矿井中的应用，LED机车灯在电机车、防爆车、掘进机、扒装车、铲煤机上的使用递增。相比传统白炽灯，LED机车灯的特点为：LED光源抗震性强、光效高、安全可靠、节能、使用寿命长。常见规格有：隔爆型（9W、12W、15W、18W、20W、24W如图4）、本安型（24W）。
图4 24WLED机车灯
5、支架灯
支架灯适用于井下综采工作面。相比传统支架灯（双管高压钠灯），LED支架灯的特点为：本质安全型电路，具有过流过压、短路保护；高亮度LED光源，照明寿命长；密封性好，耐水淋、潮湿、腐蚀，抗强冲击、强震动，防爆；免维护，安装调试方便，节能环保。常见规格有：隔爆兼本安型（20W、24W、48W、36W如图5）、隔爆型（16W、18W）等。
图5 36WLED支架灯
3 LED矿用灯具的设计
目前从事LED矿用灯具开发设计的单位比较多。其中具有代表性的有：沈阳广角成套电器股份有限公司、华荣科技股份有限公司、焦作市景安机电设备制造有限公司、煤炭科学技术研究院有限公司、中煤科工集团重庆研究院有限公司、衡水普光照明科技发展有限责任公司、浙江旭升照明有限公司、临汾华策新光宇电源有限公司、乐清市三乐照明有限公司、南京精瑞达灯饰制造有限公司等。
LED矿用灯具需要MA证才可在井下照明中使用，其设计标准以《3836-2010爆炸性气体》系列为主。申报MA标志的程序通常为：安标中心（网上填报、图纸审核）、防爆站（样品检测）、生产企业（现场评审）。
检测检验LED矿用灯具的防爆站主要有：国家安全生产抚顺矿用设备检测检验中心、上海矿用设备检测检验中心、重庆矿用设备检测检验中心、南阳防爆电气检测检验中心、佳木斯防爆电气检测检验中心、沈阳防爆电气检测检验中心。
在开发设计过程中，受关注的内容有：防爆材料的选择（外壳、透明件、密封圈、LED光源组件），整灯防爆结构的设计（参考国标、行标），驱动电路（本质安全型）和多种电路保护的设计，LED光通量与散热（减少对LED光效和寿命的影响）；优化配光（二次配光，实现均匀照度，减少频闪、光衰）等[4]。
一个合格的LED矿用灯具需要进行以下几个测试（以24W隔爆型LED巷道灯为例）：
1、样机检测，以《GB3836-2010爆炸性气体》系列为标准检验图纸。
2、外壳耐压试验（静压法，如图6），样品进行1000KPa的外壳静压试验一次如，加压时间至少10S，不应变形、损坏、泄露。
图6 外壳耐压试验装置
3、外壳抗冲击试验，室温20±5℃，冲击方向应垂直于被试表面，经质量1Kg重物的下落高度2.0m冲击后不应破裂。
4、热剧变试验（如图7），透明件或玻璃处于最高工作温度时，用10±5℃直径1m水喷射应不破裂。
图7 强冲击水装置
5、电压波动试验，电源电压在额定电压的75%～110%范围内波动时，灯具应能点亮。
6、照度试验，3m，≥10lx。
7、表面温度测量，≤150℃。
8、介电强度试验（如图8），电压2.0KV，历时1min应无击穿或闪烁现象。
图8 介电强度装置
9、绝缘电阻试验，≥20.0MΩ。
另外，还有一些测试：内部点燃的不传爆试验，引入装置夹紧密封试验，透明件抗冲击试验，耐热、耐寒试验，外观检查，耐湿热性能，振动试验，冲击试验，等。
4 结语
目前井下照明灯具的选用原则为：光效高、显指高、寿命长、防爆、性价比高、维护少。LED矿用灯具正好迎合这些原则，满足老矿改造、新矿建设的需求。随着国家节能减排、绿色照明政策的推广，以及LED矿用灯具在材料选择、防爆设计、LED光源、电源驱动设计[5]上的升级优化，高性能的LED矿用灯具将为煤矿照明提供有力的保障。
参考文献
[1] 李雪梅.矿井应急无源LED照明系统设计[J].煤炭技术，2013，32（9）：64-65.
[2] 张宇佳.一种改善LED矿灯高色温的方法[J].煤矿安全，2014，45（2）：89-94.
[3] 谢锋云.LED光源在矿山照明中的应用探讨[J].矿山机械，2010，38（5）：26-28.
[4] 宋娟.矿用隔爆型LED巷道灯的开发与设计[J].煤炭工程，2011，9：15-18.
[5] 邬崇朝.LED推广应用瓶颈的探讨[J].照明工程学报，2009，20（4）：38-42.