一、煤礦是防爆電氣設備的第一個用戶
1. 為解決煤礦照明安全，發明了安全火焰燈
在煤炭開采之初，工作條件十分艱苦。礦工用鎬刨煤、用人力將刨下的煤背到地面。用明火（如油燈）照明。這不免會出現人員窒息死亡、瓦斯爆炸等現象。限于當時的科學技術水平，對這些自然現象，都不能做出科學的解釋，甚至陷入迷信的怪圈。隨著科學技術水平的提高，才明白，隨著煤炭的開采，賦存在煤層中的氣體，也就是礦井瓦斯，其主要成份是甲烷，也隨之釋放到采完煤的空間（即采空區）中。采空區中的瓦斯聚集到一定程度，自然就會被明火照明裝置點燃，引起爆炸；采空區中的瓦斯過度聚集，造成采空區中的氧氣含量下降，在場的人員會呼吸困難，嚴重時，會導致在場人員窒息死亡。于是，人們開始著手解決明火照明裝置的安全問題、井下的通風問題。經過長期研究，英國人H.戴維（H.Dawy）于1815年發明了安全火焰燈（Safety flame lamp）,其形狀如圖1。它主要由底座（油壺）、燈芯、透明罩、兩層防爆金屬網、金屬網外的防護罩和上部的傘形蓋組成。它的等值熱阻圖如圖2。
圖1 安全火焰燈
R1——內層金屬網熱阻；R2——內層和外層金屬網間空氣的熱阻；
R3——外(第二)層金屬網的熱阻；R4——外層空氣熱阻
圖2 安全火焰燈等值熱阻圖
它的防爆原理就是基于金屬的熱導遠遠高于空氣熱導?；鹧嫔l的熱量主要經金屬網傳導到火焰燈的金屬殼體，從而實現安全。它也有局限性。當瓦斯濃度高時，會出現滿燈，這時，它將喪失防爆性能。
安全火焰燈的使用現在已經很少。但是，直到現在，國際上還常將安全火焰燈作為煤礦安全的一種標志。如1989年在澳大利亞舉行的第21屆世界采礦安全會議的紀念品上，就印有安全火焰燈的圖案?，F在，金屬網的防爆方法還在被繼續使用，如音響裝置中喇叭的防爆。
2. 為解決煤礦安全用電，發明了隔爆外殼防爆
金屬網的防爆功能也不是萬能的。
19世紀80年代，電能的開發和應用萌芽。
1879年，英國人T.A.愛迪生（T.A. Edison）發明了白熾燈。
1888年,美國人特斯拉發明了交流電動機。
電能很快在煤礦井下得到使用。然而，電路的接通、斷開、故障，都會產生電火花。裸露的電火花像明火照明裝置一樣，給煤礦帶來安全問題。金屬網防爆方法能否用在電氣照明燈具和電動機上呢？實踐證明，電氣設備用金屬網防爆已經不適用了。
1903年～1906年間，德國人貝林（Beyling）在研究了金屬網防爆的不足后，提出了間隙防爆，就是現在用的最多的隔爆外殼（Drhkfeste kapselung）。
隔爆外殼的防爆機制就是兩點：一是外殼具有一定的結構強度，能承受外殼內部的爆炸壓力的沖擊；二是外殼內發生爆炸，且爆炸產物如果發生外泄時，使外泄爆炸產物的線度較小，也就是使外泄爆炸產物所具有的能量較小，使其不具有點燃外殼周圍的爆炸性環境。如圖3所示的外殼內發生爆炸，其爆炸產物沿間隙的噴出形式,是以點火點為圓心的同心圓片擴展。圓片的厚度為外殼間隙的高度δ所限定。
δ——隔爆間隙高度（體積元的高度）；△x——體積元沿徑向的長度；
△y——體積元沿圓周方向的長度
圖3 球形外殼局部
在‘圓片’單位圓周長（△y）上，熱氣流體積元具有的能量為：
取△y=1，則
E=δvΔtρCpTe （1）
式中：
δvΔt——熱氣流的體積元；
δ——試驗外殼的間隙高度，㎝；
v——熱氣流在間隙中的速度，㎝/s；
Δt——熱氣流噴出過程中的某一時間，s
ρ——熱氣流的密度，g/㎝3；
Cp——熱氣流的比熱容，J/g.K；
Te——熱氣流的溫度，K。
熱氣流經過外殼間隙、從外殼間隙出來、與殼外爆炸性混合物接觸，其所帶能量的分配為：
E=E1＋E2＋E3＋E4 （2）
E1——被外殼法蘭間隙所吸收的能量；
E2——熱氣流噴出外殼間隙后，膨脹做功所消耗的能量；
E3——熱氣流與殼外爆炸性混合物接觸，傳遞給后者的能量；
E4——熱氣流的剩余能量。
當爆炸性混合物種類及其濃度確定后，熱氣流具有的能量E及膨脹做功所消耗的能量E2則是確定的。那么，熱氣流傳遞給殼外爆炸性混合物的能量E3與法蘭所吸收的能量E1、與殼外爆炸性混合物相對熱氣流的運動狀態有關。法蘭所吸收的能量E1愈大，熱氣流傳遞給殼外爆炸性混合物的能量E3則愈小，外殼的隔爆性能愈好；殼外爆炸性混合物與熱氣流的相對運動速度愈小，熱氣流傳遞給殼外爆炸性混合物的能量E3愈大，外殼的隔爆性能愈差。
3.為解決煤礦小容量電路的安全用電，發明了本質安全防爆
與防爆對隔爆外殼的需要一樣，20世紀30年代初，在英國井下電話引起了井下瓦斯爆炸，從而開始了本質安全電路（intrinsically safe circuit）的研究。它為今天的本質安全設備和本質安全系統的建立打下了基礎。
綜上所述，電氣防爆是從煤礦的開采發展起來的。
二、 煤礦是防爆電氣設備的最大用戶
在今天及今后的幾十年，煤炭是我國的主要一次能源。隨著科學技術的進步，煤變油，也離不開煤炭的開采。煤炭開采離不開電能、少不了防爆電氣設備?，F今，全國大大小小的煤礦加在一起有20000多家。每一家煤礦要想采煤，它離不開通風設備、提升運輸設備、排水設備、壓縮空氣設備等。這些設備的運轉都需要電能；需要用電的供電系統，包括高壓配電裝置、電纜、變壓器、移動變電站、饋電開關、起動器、電動機；為了安全，煤炭開采還需要照明設備；需要環境監測設備和各種儀表；需要通訊信號設備；需要用電安全的保護設備。即使是小煤礦，這些設備加在一起就是幾百臺。對于大型煤礦，這些設備加在一起就上萬臺。全國煤礦在用防爆電氣設備和備用防爆電氣設備加在一起的總臺數將以億計。每年對這些設備更新1%，全國就需幾百萬臺。煤礦對防爆電氣設備的需求量是其他行業無法比擬的。正因為如此，全國防爆電氣設備生產廠家如雨后春筍般地誕生。
三、煤礦需要防爆電氣設備制造企業給予最大的關注
1. 客戶是關注的焦點
煤礦對防爆電氣設備需求量之大已如上述。作為防爆電氣設備制造企業的最大客戶，它直接帶給防爆電氣設備制造企業的是巨額利潤，少則幾十萬，多則上億元人民幣。同時，僅就防爆電氣設備制造行業而言，防爆電氣設備的制造和流通，就解決了數萬人的就業問題，對構建社會和諧做出了巨大貢獻。因此，煤礦及煤礦安全是值得防爆電氣設備制造企業關注的。
ISO9000族標準是全世界通用的質量管理標準。在ISO9000的八大管理原則中，第一大原則就是：“顧客是關注的焦點”。
在ISO9001的5.2中明確規定：最高管理者應以增強顧客滿意為目的，確保顧客的要求得到確定并予以滿足。在ISO9001的7.2.1中規定：“組織應確定:a)顧客規定的要求，包括對交付及交付后活動的要求；b)顧客雖然沒有明示，但規定的用途或已知的預期用途所必需的要求（即隱含要求）”。
根據ISO9000的理念，防爆電氣設備制造企業的產品滿足防爆電氣設備標準規定是最低要求。曲解標準、降低標準要求，以次充好、使用劣質材料、使用劣質元器件、偷工減料、對產品質量不負責任，都是與ISO9000理念相違背的，是與當前創導以誠信為先的思想相違背的。不講誠信，一旦某次煤礦事故與某企業的產品質量問題牽上了線，等待該企業法人的將是牢獄之災和傾家蕩產。
2. 正確執行標準，滿足客戶隱含需求
我們要正確理解標準，滿足客戶的潛在要求，不能曲解標準，降低產品的可靠性。
下面我舉一個偏面理解防爆標準的例子。
在GB3836.1-2000中:
“21 燈具的補充規定
……
21.2 除了GB3836.4規定的本質安全型燈具外,燈具可打開的蓋子：
a) 應帶有自動聯鎖裝置,使得蓋子開啟時,燈座的所有電極自動切斷電源；
b) 或設置“嚴禁帶電打開”的警告牌?！?/FONT>
防爆燈具的制造企業就抓住了“b) 或設置“嚴禁帶電打開”的警告牌”，在燈具中不設自動聯鎖裝置。
這么做，對于Ⅱ類燈具免強可以。因為，許多Ⅱ類防爆燈具一般一盞燈都有一個對其實施控制的開關，可以方便地對燈具做開、關操作。另外，Ⅱ類防爆燈具使用在地面，在地面，就有白天和黑夜。對燈具的修理和維護可安排在白天進行。但是，對于Ⅰ類防爆燈具，這么做就不行了！煤礦井下永遠是夜晚。一般，Ⅰ類防爆燈具由礦用隔爆型照明綜合裝置供電。照明綜合裝置的容量一般為2.5kVA或4.0kVA，且只有一臺接觸器為供電線路送電。就算是2.5kVA，一個開關也要控制50盞以上的燈具。如果現在要為某盞燈具換燈泡或燈管，而該盞燈具又沒有 “自動聯鎖裝置”而只有“嚴禁帶電打開”的警告牌。那么，井下電工要給這盞燈具換燈泡或燈管，勢必要將50盞燈具全部斷電。在50盞燈具照明的廣大區域將是一片黑暗！這么做合理嗎？如果電工真的停電進行操作，雖說不盡合理，但還是安全的。萬一電工為了省事而不停電、帶電作業，而恰在此時燈具安裝環境中的瓦斯濃度高于爆炸下限，這一操作就會引起瓦斯爆炸，這個后果則是不堪設想的。造成這個后果的責任該由誰來負呢？
3. 實實在在地完成產品型式試驗的任務
長期以來，我國一直實行一種由國家出資，為一些群體的人員進行體檢。說白了，就是拿錢找人體中的毛病。對人體中的毛病可以做到早發現、早治療，減少損失。作為防爆電氣產品的型式檢驗，也應遵循這個原則。通過型式檢驗發現產品的不足，及時改進，避免帶來后患。這樣，用戶放心、制造企業也放心。產品存在的問題不被發現，或不愿被發現，問題將始終存在產品中。問題產品引發煤礦事故，首先要追究的是產品制造企業。不負責任而放行問題產品的檢驗機構也脫不了干系，都將為后果負責。問題是能負得起這個責任嗎？
4. 產品檢驗機構應認真做好檢驗工作
煤礦是防爆產品檢驗機構的間接用戶。防爆產品檢驗機構在為直接客戶——防爆產品制造企業服好務的同時，還要為間接客戶——煤礦把好產品質量關，使每一份檢驗報告都具有權威性，向優質防爆產品發放通往煤礦的通行證，為煤礦安全做出自己應有的貢獻。
四、煤礦生產環境的特殊性
煤礦生產環境是惡劣的。因此，使用在這個環境中的電氣設備都將經受這種惡劣生產環境的考驗。一臺新的電氣設備的防爆性能，由電氣設備的設計、制造和組裝所決定。但是，這臺電氣設備投入使用后，隨著煤礦采掘工作場所的變化，它將經受多次的重新組裝。由于操作人員培訓和工作經歷以及技術水平的不同，造成重新組裝不到位、在重新組裝過程中外界條件的作用（磕、碰、砸、跌落等），其防爆性能將在不斷的改變中。
1. 瓦斯和煤塵爆炸的危險性
隨著煤藏的井工開采，賦存在煤藏中的以甲烷為主要成份的瓦斯將涌入采空區，同時，還形成了彌漫在采空區中的漂浮煤塵。采空區中的甲烷體積含量處在5%～15%，即具有爆炸性；同樣，在采空區中的漂浮煤塵，其揮發分大于10%、粒度在1㎜～0.075㎜之間、在空氣中的含量大于35g/m3，也具有爆炸性。這樣，使用在該環境中的電氣設備必須具有防爆性能。
2. 潮濕、淋水和井下高溫對電氣絕緣的損害
隨著煤藏的井工開采，地下水也會流入或滲入采空區，造成井下環境極為潮濕，相對濕度達95%以上。頂板滴水隨處可見。這些，都可能使電氣設備的電絕緣性能下降。
隨著煤藏向深部開采，井下溫度愈來愈高。高溫高濕，加速了電氣設備絕緣的老化。高溫高濕條件，在煤礦井下出現霉菌現象。霉菌現象的存在，會加劇沿絕緣材料表面的漏電，嚴重時，造成外殼帶電。在接地不良的情況下，還會引起人員觸電。漏電火花，還可能引起瓦斯爆炸。
煤礦用電氣設備導體固體絕緣的絕緣電阻變化趨勢如圖4所示。
圖4 導體固體絕緣電阻隨時間的變化
圖4中A點為電氣設備入井前的絕緣電阻值。
因煤礦井下普遍潮濕，電氣設備入井安裝、使用后，由于吸入環境中的潮濕，其絕緣電阻會從地面的高阻值（A點）逐漸下降，如圖中AB段。當電氣設備絕緣結構良好時，這種下降持續一段時間后會停止，絕緣電阻會保持在一個穩定的高阻值水平，如圖中BC段。如果電氣設備正常運轉在額定狀態，這一段會持續相當長的時間。
在煤礦井下的潮濕環境中、在電氣設備內冷凝水的長期作用下，加上絕緣結構材料的熱老化和電老化，絕緣電阻會從穩定的高阻值水平（C點起）沿直線CD逐漸下降。當D點降到一定水平（如E點）時，絕緣將被擊穿，絕緣電阻為零（F點），引發供電線路相間短路或相線接地故障。
由于井下礦水一般具有酸性，對隔爆型電氣設備而言，這就加重了隔爆接合面的腐蝕。
電氣設備運行中的呼吸作用，在隔爆外殼中積存冷凝水，還會引起新的防爆問題。
3. 井下供電質量和惡劣工作狀態對電絕緣水平的損害
上世紀三十年代,V.M.蒙茲格爾（V.M.Montsnger）首次提出了絕緣壽命與溫度的關系,即10℃準則，認為溫度每升高10℃，則絕緣壽命約減半。在煤礦井下，供電電壓波動、長時間過負荷和重載運轉、連續反復起動等，都會使電氣設備嚴重發熱，導致絕緣材料壽命縮短，最終導致電氣設備燒毀。
1） 供電電壓波動導致絕緣損壞
煤礦井下供電電壓波動如圖5所示。
圖5 煤礦井下供電電壓波動示意圖
a) 圖5中AB時段為額定電壓供電時段。煤礦井下供電電壓在用電高峰時，實際電壓僅為額定電壓的75%～80%，如圖2中CD時段。用電電壓的下降，造成電動機起動困難、工作電流上升，成為電氣設備的另類過負荷，繞組溫度升高，導致絕緣加速老化、絕緣強度降低。
b) 在用電低谷（即負荷很?。r，實際電壓又會比額定電壓高15%～20%，如圖2中BC時段。以井下660V電壓為例，在用電低谷時，能升到800V以上。電氣設備的絕緣設計依據的是額定電壓。實際用電電壓的過分升高，同樣會造成電氣設備電絕緣材料的損壞，使電絕緣強度下降。
c) 隨著開采深度的加大，工作面逐漸遠離采區變電所，供電線路逐漸拉長。加之用電負荷的增大，供電線路的壓降問題就突出起來。為解決長距離供電的電壓降問題，大型煤礦的機采工作面普遍采用移動變電站。在沒有條件配備移動變電站的工作面，電氣設備實際上在低于額定電壓的條件下運行。這也會造成電機繞組溫度升高，導致絕緣材料加速老化、絕緣強度降低。
2） 長時間過重負荷運轉導致絕緣損壞
采煤機、運輸機的過負荷不可預料。采煤機在正常運行中遇到夾矸或巖石，負荷突然會升高。正常情況下，運輸機開動后開始落煤。但也常發生運輸機還未開動，采煤機采下的煤還不斷地往運輸機皮帶上堆，這就造成運輸機電機起動困難。電機繞組絕緣加速老化；嚴重時，甚至造成運輸機電機燒毀。
3） 連續反復起動導致絕緣損壞
反復起動電動機，使電動機繞組連續通過起動電流。起動電流為額定電流的5～7倍，使電氣設備嚴重發熱。這種嚴重發熱導致絕緣材料迅速老化。
在這種反復起動過程中，作為控制電器的真空電磁起動器，也因為在這種頻繁操作，使接觸器觸頭很快磨損、觸頭材料分解，真空管真空度下降，最終導致其斷流功能喪失（觸頭粘結）。如果真空器件質量不佳，像真空度低、密封結構不好、觸頭材料質量低劣，這種情況就更為嚴重。
4. 巖石冒落對隔爆外殼的損害
隨著煤藏的井工開采，地層壓力的平衡即破壞。地層壓力在達到新的平衡的過程中，會出現采空區頂板冒落現象，對電氣設備造成砸、壓、埋。這就要求電氣設備有堅固的結構。脆性材料制成的隔爆外殼，在沖擊外力作用下出現不易發現的裂紋時，這將留下安全隱患。所以，在防爆標準中規定，采掘工作面用的電氣設備，隔爆外殼不允許用鑄鐵制造。
5. 煤塵沉積對用電可靠性的損害
在煤礦井下大氣中，懸浮著采掘中產生的粉塵，這其中當然也有導電的煤塵。由于電氣設備外殼的呼吸作用，這些粉塵會進入電氣設備外殼，并沉積在絕緣材料表面。日積月累，這些粉塵將形成帶電體和外殼間的導電橋，使電氣設備產生漏電。這種情況得不到及時處理，將會影響電氣設備的正常運行和引發事故。
6. 工作面的經常變動對設備可靠性的損害
在煤藏的開采過程中，工作面是不斷變化的。隨著工作面的推進，為工作面開采服務的電氣設備也應跟著移動。使電氣設備需要經常撤除、重新安裝。每一次撤除，就會遇到一次停、送電作業。在這一停、送的作業過程中，常因不嚴格執行相關規章制度，造成重大瓦斯爆炸事故的現象屢見不鮮。
電氣設備的易地重新安裝，是對電氣設備的重新組裝。主電路需要重新接線、電纜引入裝置需要重新處理、控制電路需重新檢查、接好線的電氣設備還需要試運轉。這一過程不嚴格按規章制度實施管理，也會引發電氣事故。
以上煤礦生產環境的惡劣和特殊，導致了煤礦對煤礦用防爆電氣設備的特殊要求。
五、煤礦用防爆電氣設備的特殊要求
國際電工委員會（IEC）共有200多個技術委員會，其中第31技術委員會（IEC TC31）“爆炸性氣體環境用電氣設備”專管防爆電氣設備標準的制定和修訂?，F在已有的標準是IEC60079-0～IEC60079-27。按理說，這28個標準應同時包括Ⅰ類（煤礦用）電氣設備和Ⅱ類（其他工業用）電氣設備。事實卻并非如此。對一些比較容易處理的問題，IEC60079系列標準就包含 “煤礦”；一些比較難處理的問題，IEC60079系列標準就“煤礦除外”?，F在我國防爆標準的制定和修訂的采標方式一般是“等同采用（IDT）”和“修改采用（MOD）”。鑒于IEC60079系列標準是針對世界各國，不能將我國煤礦的特殊問題都考慮到，因此，我國的防爆標準的采標形式只能是“修改采用（MOD）”，也就是加進我國多年來認為行之有效的安全要求。還有一些煤礦的特殊要求會反映在《煤礦安全規程》中。這些特殊要求應在相應的防爆電氣產品的產品標準中做相應的規定。
1. 在GB3836.1-2000中的特殊要求
在GB3836.1-2000的6.1中有一個“注”:
“如果電氣設備承受一些不利的特殊條件（如運行條件惡劣、潮濕影響、化學劑的影響、環境溫度的變化），則用戶應說明這些要求，并且由用戶和制造廠間商定相應的措施。”
這些特殊要求，有的在GB3836.1（MODIEC60079-0）中說明了，有的在《煤礦安全規程》中做了規定。在GB3836.1-2000中說明的有以下一些方面。
（1）Ⅰ類設備的表面溫度
“5 溫度
……
最高表面溫度不應超過：
——150℃，當電氣設備表面可能堆積煤塵時；
——450℃，當電氣設備表面不會堆積或采取措施（如密封防塵或通風）可以防止堆積煤塵時。”
這里說的表面是指沒有防爆措施的所有表面：
1）隔爆外殼外表面；
2）增安型外殼的內、外表面；殼內所有元、部件表面；
3）本質安全型外殼的內、外表面；殼內所有元、器件、部件表面。
煤礦礦井瓦斯的主要成份是甲烷。甲烷的熱點燃溫度是537℃。關于150℃的限制是考慮到堆積煤塵達到一定厚度時的燜燃。
（2）Ⅰ類設備外殼的開蓋時間
“6.2.1 內裝電容器且具有快動式門或蓋的電氣設備外殼,由斷電至開蓋的時間間隔須大于電容器放電至下列剩余能量所需用的時間:
——當充電電壓在200V及以上時:
Ⅰ、ⅡA電氣設備： 0.2mJ
……”
因為，甲烷空氣混合物的最小點燃能量為0.28mJ。
（3）阻燃性能
“7.4 Ⅰ類電氣設備塑料外殼應具有阻燃性能?！?/FONT>
防止有機材料燃燒釋放的有毒氣體對人體的損害。
（4） 不許用鋁合金做電氣設備外殼
“8.1 制造Ⅰ類電氣設備外殼的材料,按質量比,鋁、鈦和鎂的總含量不允許大于15%,并且鈦和鎂總含量不允許大于6%。”
煤礦井下作業環境狹窄、銹鋼鐵物品多,防止鋁熱反應放熱引爆:
在空氣中，氧氣只占21%，且密度（g/m3）相對較低，鋁及其合金在空氣中只可能緩慢氧化。在其表面形成氧化層（Al2O3）后，在氧化層（Al2O3）保護下的鋁及其合金，將不再被空氣中的氧氣繼續氧化。
常溫下，鋁及其合金與銹蝕的鐵板（Fe2O3）放在一起，前者也不會被后者氧化。
在高溫的作用下，鋁及其合金與銹蝕的鐵板（Fe2O3）將會產生鋁熱反應：
加熱
2Al+ Fe2O3=== Al2O3+2 Fe+827.6kJ (3)
在式（3）中， Fe2O3中氧氣含量占30%，呈固態，密度（g/m3）相對較高，所以是強氧化劑。
式（3）中使反應能完成的加熱，是機械能（沖擊或摩擦）轉變成的的熱能。
式（3）完成后釋放出的能量827.6kJ，將會使反應產物Al2O3+2 Fe的溫度達到3000℃。達到3000℃的Al2O3+2 Fe顆粒輻射出的可見光，就是人們肉眼看到的摩擦火花。
根據文獻，礦井瓦斯在與燃燒的表面接觸時，最低點燃溫度只需537℃。因此，上述的高溫顆粒所具有的能量足以點燃礦井瓦斯。這一點已為大量的、國內外的礦井瓦斯事故和科學實驗所證實。我在上世紀六十代中期所作的實驗，也得到了鋁盤與銹蝕鋼板摩擦，引爆礦井瓦斯空氣混合物的結果。
（5） 鋁合金使用的特許
“8.3 Ⅰ類手持式或支架式電鉆（及其附帶的插接裝置）、攜帶式儀器儀表、燈具的外殼，可采用抗拉強度不低于120MPa,且按GB13483規定的摩擦火花試驗方法考核合格的輕合金制成?！?/FONT>
1）這些設備在煤礦井下大量使用著；
2）用試驗把關。
（6） 護圈或沉孔
“9.2 特殊緊固件
……
注：Ⅰ類特殊緊固件的頭在使用中易于損壞而使防爆性能喪失，應有保護措施，如護圈或沉孔。”
1）采掘機械（如采煤機、掘進機等）都是這么做的；
2）1965版《煤礦用電氣設備制造規程》（試行）及1955版《煤礦用電氣設備制造檢驗暫行規程》都是這么要求的；
3）IEC60079-0：2003中的圖例，其緊固件的頭是放在護圈內的。
（7） 電纜壓緊裝置
“16.5 Ⅰ類電纜引入裝置應有壓緊裝置，防止電纜的轉動傳遞到連接件?！?/FONT>
煤礦井下電纜被意外拔、扭、拽的現象常發生。增加一個防拔壓板非常必要。
（8） 將隔離開關操作機構鎖住
“18.4 Ⅰ類開關柜的隔離開關操作機構在其斷開位置時，應借助一個扣鎖鎖住?！?/FONT>
‘隔離開關操作機構在其斷開位置’就是供電線路斷電。這時，供電線路很可能有作業活動。此時如果合閘，就會出現危險。如果用扣鎖鎖住隔離開關的操作機構，而鑰匙又由線路上的作業人員掌控，發生誤操作的機率會降至零。
（9） Ⅰ類開關柜不具有自動重合閘功能
“18.5 如果Ⅰ類開關柜具有短路故障和接地故障的繼電保護，則繼電器動作后應鎖定?！?/FONT>
煤礦井下的短路故障和接地故障不可能自動解除，必須由專人排除短路故障或接地故障。如果短路故障或接地故障保護繼電器不被鎖定，短路故障或接地故障保會重復發生、故障范圍會隨之擴大。
（10） Ⅰ類設備嚴重遭受外界沖擊
“ 表4 沖擊試驗能量
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沖擊能量E，J |
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設備類別 |
Ⅰ |
Ⅱ |
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遭機械沖擊的危險程度 |
高 |
低 |
高 |
低 |
|
1 保護網、保護罩、風扇保護罩、電纜引入裝置
2 塑料外殼
3 輕金屬合金或鑄造金屬外殼
4 項3以外的其他金屬外殼其壁厚：
——小于3㎜的Ⅰ類設備；
——小于1㎜的Ⅱ類設備 |
20 |
7 |
4 |
|
5 無保護網的透明件 |
7 |
4 |
2 |
|
6 帶保護網的透明件（試驗時不帶保護網） |
4 |
2 |
1 |
|
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煤礦井下，在地壓作用下，頂板冒落的情況時有發生。所以，遭受外力沖擊的危險性高。因此試驗條件相對嚴酷。
（11） Ⅰ類塑料外殼的試驗
“對于Ⅰ類電氣設備應做以下試驗：
二只樣品依次做耐熱試驗、耐寒試驗、機械試驗，最后做有關的防爆試驗。
二只樣品依次做耐油脂試驗、機械試驗，最后做有關的防爆試驗。
二只樣品依次做耐礦用液壓液作用試驗、機械試驗，最后做有關的防爆試驗?！?/FONT>
耐油脂試驗和礦用液壓液作用試驗是和井下機械工作介質有關的試驗。
（12） Ⅰ類電氣設備防潮要求
“附錄C（標準的附錄）
……
C.1 Ⅰ類電氣設備，均應按C.2的規定進行濕熱試驗。試驗嚴酷等級應符合產品相應現行濕熱帶電工產品標準的規定，且至少為40℃、6d。
C.2 濕熱試驗按GB/T2423.4……的規定進行。”
煤礦的潮濕情況已如前述，所以，為保證電氣設備的絕緣水平，電氣設備應做耐潮試驗。在這里，只是根據我國煤礦的具體情況,將IEC60079-0中 6.1的注做了明確規定。
在修訂GB3836.1-83時,其送審稿明確規定, 試驗嚴酷等級為40℃,高壓電氣設備21d,低壓電氣設備12d?！扒抑辽贋?0℃、6d”，是針對煤礦用儀器儀表的。因為，在有的煤礦用儀器儀表的產品標準中，將試驗嚴酷等級定為40℃、2d。
2. 在GB3836.2中的特殊要求
（1） 在GB3836.1中的特殊要求
（2） 用動壓做耐壓試驗
按GB3836.2-2000的表6，動壓做隔爆外殼耐壓試驗時,用（9.8±0.5）%的甲烷-空氣混合物。
爆炸性氣體混合物爆炸，會對外殼壁面產生壓力。壁面的動力效應取決于爆炸的沖量。在圖6中我畫出了氫氣-空氣混合物和甲烷-空氣混合物在密閉8L球形容器中的爆炸壓力曲線。在密閉8L球形容器中，氫氣-空氣混合物的最大爆炸壓力為0.74MPa,達到最大爆炸壓力的時間是7ms；甲烷-空氣混合物的最大爆炸壓力為0.717MPa,達到最大爆炸壓力的時間是70ms。
P1——氫氣爆炸壓力曲線；P2——甲烷爆炸壓力曲線
圖6 8L球形容器中的爆炸壓力曲線
爆炸沖量IS是爆炸壓力-時間曲線所包圍的面積：
氫氣-空氣混合物的爆炸沖量：
甲烷-空氣混合物的爆炸沖量：
式中：
P（t）——爆炸壓力的瞬時值，Pa；
P0——爆炸性氣體混合物的初始壓力，0.1M Pa。
從圖6中的曲線可以看出，甲烷-空氣混合物的爆炸沖Is2量明顯大于氫氣-空氣混合物的爆炸沖量Is1，即甲烷-空氣混合物的爆炸動力效應更大。例如在汽車發動機中，為了保證較大的爆炸沖量，亦即為了提高做功能力，在其燃料中往往要添加阻爆劑。
（3） 不傳爆試驗用“三元氣體”
按GB3836.2-2000的表6，Ⅰ類隔爆外殼的不傳爆試驗用甲烷-氫氣空氣混合物?；旌衔餄舛葹椋?2.5±0.5）%,其中,（58±1）%為甲烷，（42±1）%為氫氣。
用（58±1）%甲烷是考慮了甲烷-氫氣-空氣混合物的爆炸沖量；（42±1）%氫氣，是考慮提高甲烷-氫氣-空氣混合物的活潑程度、減小其最小點燃能量（即降低最大試驗安全間隙）。
（4） 外殼材質
“C.1.1 采掘工作面用設備（包括裝在采煤機上、裝巖機、運輸機等機械上的電氣設備）的外殼須采用鋼板或鑄鋼制成。其他零部件或裝配后外力沖擊不到的及容積不大于2000㎝3的外殼，可用牌號不低于HT250灰鑄鐵制成?！?/FONT>
C.1.2 非采掘工作面用電氣設備，可用牌號不低于HT250灰鑄鐵制成?！?/FONT>
1）防止頂板冒落的巖石、煤塊砸壞外殼；
2）鋼板具有較高的搞拉強度、彈性較好；
3）鑄鐵殼被砸出的裂紋不被及時發現，會造成安全隱患；
4）鑄鐵殼碎片落入外殼，易造成殼內裸露帶電體間短路；
5）小外殼、受沖擊危險性較小的外殼，也要求用較好的鑄鐵制造。
（5） 塑料隔爆外殼
“C.1.4 外殼容積不大于2000㎝3時，可用非金屬材料制成?！?/FONT>
1）這里的非金屬材料主要指塑料；
2）塑料外殼只允許用在2000㎝3以下的外殼上。這是因為塑料外殼結構強度與許多因素有關。
（6） 關于直接引入
“C.2 ……
電氣設備符合下列兩項條件時，允行采用直接引入方式：
a) 正常運行時不產生火花、電弧或危險溫度；
b) 電氣設備的額定功率不超過250W，且電流不在于5A?！?/FONT>
1）什么是直接引入？
2）正常運行時產生火花、電弧或危險溫度的電氣設備，如果直接引入時，引入裝置處理不好，外殼就會形成對外的孔洞，這就等于在煤礦井下放著一個固定的點火源；
3）為什么額定功率不超過250W，且電流不在于5A的電氣設備才允許直接引入呢？
① 它正常運行時不產生火花、電弧或危險溫度；
② 額定功率不超過250W，且電流不在于5A的電氣設備都是小容量設備，一般都制成永久引入電纜，引入裝置在制造企業內就已裝配好，不必在現場引入電纜。
（7） 螺紋隔爆結構的防松
“C.4 設備的螺紋隔爆接合面須有防止自行松脫的措施。”
為了可靠。
3. 在GB3836.3中的特殊要求
增安型電氣設備要求在正常運行條件下不會產生電弧或火花，而且要進一步采取措施，提高其安全程度，防止產生電弧、火花或危險溫度的可能性。
（1） 在GB3836.1中的特殊要求
（2） 特殊緊固
“ 4.10 緊固件
內部裝有裸露帶電零件的Ⅰ類電氣設備，應采用符合GB3836.1-2000中9.2規定的特殊緊固件?！?/FONT>
由于煤礦井下的特殊性，防止無關人員將具有IP54防護等級的外殼打開，產生意外火花。
（3） 防滴水
“5.1.1 （旋轉電機）外殼防護等級
……
b)安裝在清潔室內并由經過專門培訓過的人員檢查管理的電動機:
Ⅰ類電動機的外殼須符合IP23的規定；
Ⅱ類電動機的外殼須符合IP20的規定。”
1） 井下可能出現地下水意外噴出；
2） 井下相對濕度高。硐室頂板可能有冷凝水珠滴落。
（4） 蓄電池箱材料
“5.6.1.1蓄電池箱（包括隔板和蓋），應由鋼板制成。Ⅱ類蓄電池箱允許用其他材料?！?/FONT>
防止井下發生的意外砸、碰、撞損壞外殼，引起危險。
（5） 蓄電池內的安全措施
“5.6.3.5 在Ⅰ類蓄電池內,每個帶電部件應有絕緣層以避免產生泄痕電流和任何偶然接觸。”
1）電解液的存在；
2）防止因振動造成帶電部件位移，嚴重時，出現短路。
4. 在GB3836.4中的特殊要求
（1） 在GB3836.1中的特殊要求（相關部分）
（2） 外殼防護
“6.1 外殼
……
……當電路本質安全性能可能由于導電部件的接近受到損害（如電路中要求有可靠爬電距離）時，則需要外殼防護，并且按GB4208的防護等級不低于IP20。
外殼的防護等級應根據使用場所而定，例如，對于Ⅰ類電氣設備其防護等級不低于IP54?！?/FONT>
1）應正確理解這條的規定。并不是所有本質安全設備都要求一定的防護；
2）對于Ⅰ類電氣設備，如果殼內裝有裸露帶電體、又要求防護，則防護等級都是IP54。
（3） 小元件的表面粉塵層
“6.2.1 ……在Ⅰ類電氣設備內部所要考慮的部位和元件上不應形成粉塵層。”
這主要考慮到粉塵層的點燃溫度。
（4） 小元件的表面溫度
“6.2.4 小元件
……
b)對于T4或Ⅰ類溫度組別,小元件應符合表3 的規定。
|
總表面積S（不包括引線） |
對于T4和Ⅰ類的組別要求 |
|
S＜20㎜2 |
表面溫度T≤275℃ |
|
20㎜2≤S＜10㎝2 |
表面溫度T≤200℃ |
”
（5） 使用接地線的限制
“6.6 接地導體、連接和端子
……
注：Ⅰ類電氣設備的本質安全電路一般不允許利用地線作為回路，但因需要接地保護的除外。”
因為流過地線的電流大小不可預知，它們并不總是具有本質安全性能。
（7） 對澆封外殼的沖擊要求
“ 10.10 機械試驗
10.10.1 澆封化合物
……
a) 對于Ⅰ類電氣設備，在澆封化合物形成外殼的部分和用于隔離爆炸性環境時,所使用的沖擊能量為20J；
b)對于其他電氣設備，所使用的沖擊能量為2J?！?/FONT>
20J的沖能是按GB3836.1中塑料外殼在具高機械沖擊危險的試驗能量。
5. 《煤礦安全規程》中的特殊要求
（1） 監測系統信號的防爆型式
“第一百六十條 ……
防爆型煤礦安全監控設備之間的輸入、輸出信號必須為本質安全型信號?！?/FONT>
保證井下環境處于爆炸界限時監控設備能安全實施監測。
（2） 變壓器中性點不允接地
“第四百四十三條 嚴禁井下配電變壓器中性點直接接地?！?/FONT>
防止人身觸電危險。降低人體觸電電流。
（3） 誰停電，誰才有權復電
“第四百四十五條 ……所有開關的閉鎖裝置必須能可靠地防止擅自送電，……開關把手在切斷電源時必須閉鎖，并懸掛“有人工作，不準送電”字樣的警告牌，只有執行這項工作的人員才有權取下此牌送電。”
這是由煤礦井下環境條件決定的。
（4） 電氣設備為人體接觸的部分應絕緣
“第四百四十六條 ……
（三） 手持式電氣設備的操作手柄和工作中必須接觸的部分必須有良好的絕緣?！?/FONT>
（5） 用電電壓等級
“第四百四十八條 ……
……
（三） 照明、信號、電話和手持式電氣設備的供電額定電壓，不超過127V。
（四） 遠距離控制線路的額定電壓，不超過36V。”
（6） 關于油浸電氣設備
“第四百五十四條 硐室外嚴禁使用油浸式低壓電氣設備。”
（7） 關于空氣起動器的限制
“第四百五十八四條 40kW及以上電動機，應采用真空電磁起動器控制?！?/FONT>
60A以上電磁起動器都應是真空電磁起動器。
（8） 對保護的要求
“第四百五十五條 井下高壓電動機、動力變壓器的控制設備，應具有短路、過負荷、接地和欠壓釋放保護。
井下由采區變電所、移動變電站或配電點引出的饋電線上，應裝設短路、過負荷和漏電保護裝置。
低壓電動機的控制設備，應具備短路、過負荷、單相斷線、漏電閉鎖保護裝置及遠程控制裝置。”
（9） 煤電鉆綜合裝置的保護
“第四百五十七條 ……
煤電鉆必須使用設有檢漏、漏電閉鎖、短路、過負荷、斷相、遠距離起動和停止煤電鉆功能的綜合保護裝置。”
上面的話換種說法就是，煤電鉆綜合保護裝置必須具有檢漏、漏電閉鎖、短路、過負荷、斷相、遠距離起動和停止煤電鉆的功能。
（10） 照明綜合裝置的保護
“第四百八十條 井下照明和信號裝置，應采用具有短路、過載和漏電保護的照明信號綜合保護裝置配電。”
同樣，井下照明信號綜合保護裝置應具有短路、過載和漏電保護。
（11） 通訊、信號和控制裝置的防爆型式
“第四百八十一條 井下防爆型的通訊、信號和控制等裝置，應優先采用本質安全型?！?/FONT>
對這一條，原東煤公司發文做過強制規定，即遠控電路應為本質安全型。
對這一條，許多產品標準做出了相應規定，如煤電鉆綜合保護裝置的控制電路、掘進機電控箱的控制電路等。
煤礦防爆電氣設備的特殊要求是由煤礦的特殊生產環境所決定的。每一特殊要求都是花了一定代價得出的。所以，這些特殊要求都應在防爆產品標準和防爆產品中得到反映。希望在座各位老總、工程師，以煤礦安全為重，以社會公益為重，采用新技術、新工藝，提高勞動生產率，在提高企業效益的同時，提高防爆產品質量；挖掘企業潛力，加強質量管理，創建品牌防爆產品，爭取取得企業效益和社會效益雙贏的好結果。