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【摘 要】近年来，由于所处的地理位置具有特殊性因此煤矿发生的雷击事故直线上升。笔者结合工作实践，对煤矿雷击事故的原因进行了分析，进而对不同的煤矿位置所遭受的雷击灾害进行了归纳整理，并对各个系统提出了针对性的防雷保护设计，希望拙作能够对煤矿防雷技术的研究与应用提供一定的参考价值。
【关键词】煤矿 雷击事故 防雷技术 防雷保护
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-238-01
引 言：
雷电灾害是最严重的自然灾害之一。目前各种电子信息技术迅速发展，煤矿产业也顺应时代发展的趋势加快了电力系统、信息通讯系统和监控管理系统的应用步伐。煤矿企业由于设备庞大、工业区集中、高层建筑物多，成为雷电灾害的多发地点。煤矿的雷电防护形势日趋严峻。本文利用自身掌握的理论知识与实践经验，分析了煤矿的雷击安全隐患，并提出了相应的防雷技术措施。
1、分析煤矿易遭雷击的原因
煤矿大多位于空旷的地带，有些煤矿的地理位置偏僻，属于土壤与岩石的交界地带，因此煤矿处的电阻率变化较大。而电阻率突变是引发雷击的首要原因之一，因此，煤矿矿区往往成为遭受雷击“侵害”的首要目标。
此外，当受到高山等地形地势的影响时，积雨云会迫使雷暴在迎风口处做出停留；当山脉阻挡了积雨云的位移时，雷暴的移动方向将沿着山脉走向进行；当山脉处有大的口子或裂缝时，雷暴的移动方向将以山口为基准移动。而大部分的煤矿都位于山地的开阔峡谷处，因此非常容易受到雷击的侵略。
最后，煤炭生产与煤炭的长途运输会产生大量的煤渣悬浮颗粒，大量的悬浮物聚集在空中形成厚厚的悬浮粉尘层，使煤矿上方空气的电导率大大加大，并为雷雨提供了一个便捷的通道。当雷雨运经过时，变会释放雷电，产生雷击事故，对煤矿生产和人员、设备造成损害。
2、分析煤矿雷击安全隐患
直击雷是闪电直接击在建筑物、其他物体、大地或防雷装置上，产生的电效应、热效应和机械力。距离地面越高的建筑物，如煤矿的主炸药库、办公楼建筑主体、副井提升机房、主副井井架和变电所等遭受雷击的概率也较大。通过物体的雷电流会产生巨大的热量，热量如果不及时得到有效的释放，那么金属极其容易被融化，严重时建筑物被炸裂，甚至引发火灾或爆炸。
雷电感应包括电磁感应和静电感应。采用架空供电线路时，在雷雨天气由于静电感应架空线路上感应的大量电荷形成感应过电压波冲击煤矿的供电设备。由于雷电流具备超强的峰值和陡度，因此在雷电流的周围环绕着强烈的变化的磁场，处在这电磁场中的导体会对电动势做出感应。在环路处于不闭合的情况下，开口处发生火花和高电的频率较大，成为引发火灾、爆炸和损坏电子设备的导火索。
雷电波的侵入主要经过以下三种路径：第一、产生于间接雷的电磁脉冲在导线金属体上感应产生高电位，然后沿着导线以脉冲波的形式侵入室内。第二、直接雷与矿区的金属导线相撞击，以脉冲波的形式使闪电的高电压进入到室内。第三、当云地闪电击停留在在建筑物上空，或在建筑物附近滞留时，在地中会有高电位产生，借助地线和零线，这种形式的高电位会入侵室内。结合以上三种雷电波的侵入路径，我们分析认为有较多线路和电子设备分布的供配电系统、信息系统、主井提升机房、副井提升机房煤矿等是容易遭受雷电波侵入的主要部位。雷电波入侵以上设备时，电子设备容易遭到破坏，进而导致火灾事故等安全事故的发生，造成人员伤亡和财产损失。
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超高频电磁能量。电磁脉冲传送到被干扰对象主要是经由辐射耦合和传导耦合两种方式。在煤矿中，雷击电磁脉冲主要作用于风机在线监控系统、瓦斯检测系统、通信系统和人员定位系统等信息系统。当与矿井内的电线、电缆和金属管道发生作用时，雷击电磁脉冲会造成井下电压与井内电子设备的损坏，导致通信系统、瓦斯监控系统和人员定位系统全面瘫痪，造成生产事故。
3、探讨煤矿的防雷技术保护与实践应用
3.1煤矿办公楼建筑主体的防雷保护
作为煤矿区内较高的办公人员比较集中的建筑物，煤矿办公楼的属于第三类防雷建筑物。办公楼建筑主体应沿屋角、屋脊和檐角等易受雷击的部位敷设避雷网和避雷带。对于金属物体等突出屋面的物体，如果已经与避雷带连接的话，可不装接闪器。对于受不到避雷带保护的非金属物体则应装接闪器。
3.2煤矿信息系统的防雷保护
煤矿的信息系统由多种监控系统和信息咨询、通信系统构成，必须要按照《电子信息系统防雷技术规范》的要求制定信息系统的防雷措施。当电力线、外来导电物和通信线进入建筑物的地点不一致时，应当设立若干等电位连接带，并应就近连到环形接技术与应用地体、内部环形导体或此类钢筋上。要根据线路的工作频率、传输介质、传输速率、工作电压、传输带宽进行信息系统信号线路浪涌保护器的选择。在煤矿井口处将电源线、信号线分槽布设，护套信号线加套屏蔽金属管，各条信号电缆之间作了横向均压连接，并将进入井内的金属管道、轨道、电缆金属屏蔽层等均作了等电位连接并接地。在井下信息设备的终端加装信号浪涌保护器。
3.3煤矿供电系统的防雷保护
要从直击雷、雷电波侵入这两个方面考虑煤矿供电系统的防雷保护。其主要防护部位有变电所内变压器、变电所和输电线路。在变电所安装避雷装置是变电所防直击雷的有效措施。从《煤矿安全规程》的规定来看，煤矿变电所属于第三类防雷建筑物。变电所内最关键的，同时需要重点保护的设备是变压器。利用变电所母线安装阀型避雷器，把它接在主变压器旁边。在雷电波入侵到主变压器时，产生全反射导致变压器内的电压上升，雷电波电压曲线与阀型避雷器的较平坦的伏秒特性相交，使避雷器动作。
对有正常防雷的110～220kV的变电所，流过避雷器的雷电流最大为5kA，在避雷器冲击放电电压小于主变压器冲击耐压时，主变压器得到可靠保护。然后避雷器的安装位置也要选择好，避雷器与主变压器及其它设备的距离都必须控制在最大允许的电气距离之内。
3.4煤矿炸药库的防雷保护
对于矿井而言，最危险的地方则属于炸药库。对炸药库的防雷保护应从防雷电感应和防直击雷两个方面着手。按照《小型民用爆炸物品储存库安全规范》要求，炸药库属于第一类防雷建筑物。所以，炸药库必须要具备独立的避雷针，为有效控制避雷针的高度，最好尽量避免采用单针保护。在库区内设置防雷电感应的接地装置，建筑物的金属屋顶、放静电装置、视频监控装置、金属门窗等金属物，均应与防雷电感应的接地装置相连接。电气设备的接地装置与防雷电感应的接地装置可共用，接地电阻要控制在10Ω之内。
3.5立井提升机房（架）的防雷保护
立井提升机房属于第二类防雷建筑物。立井提升机房的雷电电磁感应、防雷电波侵入、雷击电磁脉冲的措施和信息系统机房的措施大致相同。立井提升架一般虽为金属框架，在接地良好、排放电流能力强大的前提下，可作为接闪器和引下线使用。同时要做好缆绳、金属管道和线缆的等电位连接，相邻金属物的跨接处理。
结束语：
煤矿雷电灾害重大，一旦爆发将会带来难以弥补的损失，必须深入到煤矿进行实地勘察，才能实现规避灾害、保障煤矿安全生产的目的。本文还有错误和不足之处，敬请各位专家批评指正。
参考文献：
[1]周振涛，周道刚.煤矿防雷技术初探[J].贵州气象.2004，28（02）.
[2]许学先，魏涛.煤矿防雷技术研究及应用[J].煤炭技术.2004（4）：103.
[3]]丁志平.浅谈小型煤矿瓦斯监控系统的防雷设计与安装[J].山西气象.2007（2）：20.
[5]孙泽宇，李蒙，杨涛.矿区网络监控系统防雷机制分析与设计[J].煤矿安全.2011（8）.
【关键词】煤矿 雷击事故 防雷技术 防雷保护
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-238-01
引 言：
雷电灾害是最严重的自然灾害之一。目前各种电子信息技术迅速发展，煤矿产业也顺应时代发展的趋势加快了电力系统、信息通讯系统和监控管理系统的应用步伐。煤矿企业由于设备庞大、工业区集中、高层建筑物多，成为雷电灾害的多发地点。煤矿的雷电防护形势日趋严峻。本文利用自身掌握的理论知识与实践经验，分析了煤矿的雷击安全隐患，并提出了相应的防雷技术措施。
1、分析煤矿易遭雷击的原因
煤矿大多位于空旷的地带，有些煤矿的地理位置偏僻，属于土壤与岩石的交界地带，因此煤矿处的电阻率变化较大。而电阻率突变是引发雷击的首要原因之一，因此，煤矿矿区往往成为遭受雷击“侵害”的首要目标。
此外，当受到高山等地形地势的影响时，积雨云会迫使雷暴在迎风口处做出停留；当山脉阻挡了积雨云的位移时，雷暴的移动方向将沿着山脉走向进行；当山脉处有大的口子或裂缝时，雷暴的移动方向将以山口为基准移动。而大部分的煤矿都位于山地的开阔峡谷处，因此非常容易受到雷击的侵略。
最后，煤炭生产与煤炭的长途运输会产生大量的煤渣悬浮颗粒，大量的悬浮物聚集在空中形成厚厚的悬浮粉尘层，使煤矿上方空气的电导率大大加大，并为雷雨提供了一个便捷的通道。当雷雨运经过时，变会释放雷电，产生雷击事故，对煤矿生产和人员、设备造成损害。
2、分析煤矿雷击安全隐患
直击雷是闪电直接击在建筑物、其他物体、大地或防雷装置上，产生的电效应、热效应和机械力。距离地面越高的建筑物，如煤矿的主炸药库、办公楼建筑主体、副井提升机房、主副井井架和变电所等遭受雷击的概率也较大。通过物体的雷电流会产生巨大的热量，热量如果不及时得到有效的释放，那么金属极其容易被融化，严重时建筑物被炸裂，甚至引发火灾或爆炸。
雷电感应包括电磁感应和静电感应。采用架空供电线路时，在雷雨天气由于静电感应架空线路上感应的大量电荷形成感应过电压波冲击煤矿的供电设备。由于雷电流具备超强的峰值和陡度，因此在雷电流的周围环绕着强烈的变化的磁场，处在这电磁场中的导体会对电动势做出感应。在环路处于不闭合的情况下，开口处发生火花和高电的频率较大，成为引发火灾、爆炸和损坏电子设备的导火索。
雷电波的侵入主要经过以下三种路径：第一、产生于间接雷的电磁脉冲在导线金属体上感应产生高电位，然后沿着导线以脉冲波的形式侵入室内。第二、直接雷与矿区的金属导线相撞击，以脉冲波的形式使闪电的高电压进入到室内。第三、当云地闪电击停留在在建筑物上空，或在建筑物附近滞留时，在地中会有高电位产生，借助地线和零线，这种形式的高电位会入侵室内。结合以上三种雷电波的侵入路径，我们分析认为有较多线路和电子设备分布的供配电系统、信息系统、主井提升机房、副井提升机房煤矿等是容易遭受雷电波侵入的主要部位。雷电波入侵以上设备时，电子设备容易遭到破坏，进而导致火灾事故等安全事故的发生，造成人员伤亡和财产损失。
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超高频电磁能量。电磁脉冲传送到被干扰对象主要是经由辐射耦合和传导耦合两种方式。在煤矿中，雷击电磁脉冲主要作用于风机在线监控系统、瓦斯检测系统、通信系统和人员定位系统等信息系统。当与矿井内的电线、电缆和金属管道发生作用时，雷击电磁脉冲会造成井下电压与井内电子设备的损坏，导致通信系统、瓦斯监控系统和人员定位系统全面瘫痪，造成生产事故。
3、探讨煤矿的防雷技术保护与实践应用
3.1煤矿办公楼建筑主体的防雷保护
作为煤矿区内较高的办公人员比较集中的建筑物，煤矿办公楼的属于第三类防雷建筑物。办公楼建筑主体应沿屋角、屋脊和檐角等易受雷击的部位敷设避雷网和避雷带。对于金属物体等突出屋面的物体，如果已经与避雷带连接的话，可不装接闪器。对于受不到避雷带保护的非金属物体则应装接闪器。
3.2煤矿信息系统的防雷保护
煤矿的信息系统由多种监控系统和信息咨询、通信系统构成，必须要按照《电子信息系统防雷技术规范》的要求制定信息系统的防雷措施。当电力线、外来导电物和通信线进入建筑物的地点不一致时，应当设立若干等电位连接带，并应就近连到环形接技术与应用地体、内部环形导体或此类钢筋上。要根据线路的工作频率、传输介质、传输速率、工作电压、传输带宽进行信息系统信号线路浪涌保护器的选择。在煤矿井口处将电源线、信号线分槽布设，护套信号线加套屏蔽金属管，各条信号电缆之间作了横向均压连接，并将进入井内的金属管道、轨道、电缆金属屏蔽层等均作了等电位连接并接地。在井下信息设备的终端加装信号浪涌保护器。
3.3煤矿供电系统的防雷保护
要从直击雷、雷电波侵入这两个方面考虑煤矿供电系统的防雷保护。其主要防护部位有变电所内变压器、变电所和输电线路。在变电所安装避雷装置是变电所防直击雷的有效措施。从《煤矿安全规程》的规定来看，煤矿变电所属于第三类防雷建筑物。变电所内最关键的，同时需要重点保护的设备是变压器。利用变电所母线安装阀型避雷器，把它接在主变压器旁边。在雷电波入侵到主变压器时，产生全反射导致变压器内的电压上升，雷电波电压曲线与阀型避雷器的较平坦的伏秒特性相交，使避雷器动作。
对有正常防雷的110～220kV的变电所，流过避雷器的雷电流最大为5kA，在避雷器冲击放电电压小于主变压器冲击耐压时，主变压器得到可靠保护。然后避雷器的安装位置也要选择好，避雷器与主变压器及其它设备的距离都必须控制在最大允许的电气距离之内。
3.4煤矿炸药库的防雷保护
对于矿井而言，最危险的地方则属于炸药库。对炸药库的防雷保护应从防雷电感应和防直击雷两个方面着手。按照《小型民用爆炸物品储存库安全规范》要求，炸药库属于第一类防雷建筑物。所以，炸药库必须要具备独立的避雷针，为有效控制避雷针的高度，最好尽量避免采用单针保护。在库区内设置防雷电感应的接地装置，建筑物的金属屋顶、放静电装置、视频监控装置、金属门窗等金属物，均应与防雷电感应的接地装置相连接。电气设备的接地装置与防雷电感应的接地装置可共用，接地电阻要控制在10Ω之内。
3.5立井提升机房（架）的防雷保护
立井提升机房属于第二类防雷建筑物。立井提升机房的雷电电磁感应、防雷电波侵入、雷击电磁脉冲的措施和信息系统机房的措施大致相同。立井提升架一般虽为金属框架，在接地良好、排放电流能力强大的前提下，可作为接闪器和引下线使用。同时要做好缆绳、金属管道和线缆的等电位连接，相邻金属物的跨接处理。
结束语：
煤矿雷电灾害重大，一旦爆发将会带来难以弥补的损失，必须深入到煤矿进行实地勘察，才能实现规避灾害、保障煤矿安全生产的目的。本文还有错误和不足之处，敬请各位专家批评指正。
参考文献：
[1]周振涛，周道刚.煤矿防雷技术初探[J].贵州气象.2004，28（02）.
[2]许学先，魏涛.煤矿防雷技术研究及应用[J].煤炭技术.2004（4）：103.
[3]]丁志平.浅谈小型煤矿瓦斯监控系统的防雷设计与安装[J].山西气象.2007（2）：20.
[5]孙泽宇，李蒙，杨涛.矿区网络监控系统防雷机制分析与设计[J].煤矿安全.2011（8）.