安全监控系统防雷设计(胡昌勇)

监控系统防雷设计及应用

胡昌勇

重庆松藻煤电公司石壕煤矿石壕 401449

摘要随着国家对煤矿安全的高度重视，安全监测系统作为煤矿安全的重要防线一直被高度强化。石壕煤矿安全监控系统在雨季雷击损坏十分严重，给矿井安全带来了重大威胁。通过对石壕煤矿雷击损坏原因分析，设计石壕煤矿监测系统防雷方案，并对该方案进行了应用和分析。

关键词石壕煤矿；监控系统；浪涌电流

1 引言

石壕煤矿是煤与瓦斯突出矿井，瓦斯问题是矿井安全生产发展的重大威胁。为了治理好瓦斯，消除安全威胁，矿井对监控系统投入大量资金进行了升级改造。但矿井安全监控系统雨季防雷问题一直都是个技术难题，怎样设计防雷装置，减少安全监控系统遭受雷击损坏成为本课题研究的对象。

2 矿井监测系统防雷现状及损坏调查

2.1 矿井监测系统防雷现状

石壕煤矿地处渝黔交界的山地丘林环境，树木繁茂是雷电的高发区，平均雷击20次/a。矿井现采用的防雷手段如下：

（1）中央监控机房采用了副立井井口避雷针，在机房大楼进户线采用了三级防雷体系。

（2）在监测主网采用光纤等进行防雷设计。

（3）在各风井安设避雷针，风井机房采用初级电源开关柜防雷。2.2 雷击损坏情况

矿井采用多进多回的中央边界通风方式，安全监测系统在多个回风井、进风井、抽放泵房、井下监测和地面监测中心站之间形成了强大的井地交互通讯网络，使得安全监控系统遭受雷击损坏的几率大大增加。每年雷击损坏情况如下：

南一、南二和北抽风机房年均雷击损坏在5次以上，损坏中分站主板10块左右，传感器电源板损坏4－5块。

南一抽放泵房和天池瓦斯泵房年均雷击损坏在3次以上，损坏大分站主板3块、温度和一氧化碳传感器各一台。

（3）地面中心交换机房井下环网交换机年均损坏2次，造成井下监测网络系统中断失去监控能力。

（4）矿井动力供电电网在雷击中多次造成重负荷跳闸，产生高压浪涌电流损毁井下监测分站和传感器。

通过以上事实可以看出石壕煤矿雷击损坏严重，每年直接经济损失十多万元，间接安全生产影响无法估量。

3 矿井监测系统防雷系统设计

3.1 雷击损坏的原因分析

石壕煤矿监测系统雷击损坏分析，发现地面风井的监测系统损坏最为严重，井下损坏相对较少，雷击造成监控系统损坏的原因主要如下：地面机房和风井井口有一段较远的距离,监控系统井地传输线处于避雷器无法保护的暴露区域，容易导致雷击损坏。

大部分损坏并非雷电直接击中造成，而是雷击设备线路产生浪涌电流所致。

采用一级电源防雷的风井和泵房电源系统，由于雷击产生的大量浪涌电流无法在第一级防雷系统中完全释放而导致监控系统电源损坏。

井地交互监控系统传输线在地面暴露段遭受雷击后浪涌电流串到井下，导致井下监控系统损坏。

井下监控系统设备与大型电感设备在同一供电回路时，雷击引起供电开关跳闸，电感设备产生高压浪涌电流损坏监控设备。

3.2 监控系统防雷方案

通过监控系统雷击损坏的原因分析后，考虑到我矿风井和泵房监控重要程度不一样，我们针防雷及浪涌电流的防治分别采用了以下几种方案：

天池瓦斯泵房由于是抽采在线监测计量较为重要，再加上又与矿监控系统中心交换机相连，所以我们考虑在天池瓦斯泵房安设一台光纤交换机更换原有的铜芯屏蔽电缆为光纤电缆，在电源增设DXH06-Z10型电源避雷器。

在南一、南二和北风机房分别增设DXH06-Z10型电源避雷器，风井井口和机房入户地增设KHX 90型通讯线路避雷器，线路避雷器两端分别可靠接地。

井下监控设备的电源尽量不与重负荷电感设备在同一高压开关电源回路。

我们制定了上述方案并在2014年5月进行了全方位的安装设施。

4 实施后的效果分析

2014年5月方案实施以后至今，天池瓦斯泵房在2014年20次/a雷击中没有发生主板和交换机损坏。南一、南二和北风井通讯和电源防雷改造后，没有发生电源和主板因为雷击损坏而导致监控系统中断，只有KHX 90型通讯线路避雷器在雷击中多次保险管损坏更换。井下监控电源改造后没有发生高压跳闸产生浪涌电流而损坏监控系统的事情。通过现场方案实施可以看出，防雷击后抗浪涌电流损坏效果明显，基本上没有发生雷击损坏事件每年可以节约经济十多万元。确保了监控系统的有效可靠运行。

5 结论

通过石壕煤矿监控系统防雷设计方案和现场实施效果我们得到如下几点结论，供南方雷电高发区的矿井参考：

（1）有条件和资金允许的矿井监控系统，传输主线和地面暴露地带的传输线尽量使用光纤，能最有效的防止雷击损坏。

（2）采用一级电源防雷的泵房监测系统设，在监测设备进电源前面应再加上一级小电流电源防雷装置。

（3）井下监控系统设备电源应避免与大型感性负载同一高压开关下供电。