煤矿机器人电气安全技术研究(3)

2024-05-04


  煤矿井下无线充电具有不需要专用充电硐室和机器人充电舱等优点,但不能大电流快速充电,充电功率小,充电时间长。煤矿井下无线充电必须满足本质安全防爆要求,充电功率受限。煤矿井下无线充电受发射功率、工作频率、天线效率、收发天线距离、方向性等影响。煤矿井下无线发射,不但会被接收天线接收,还会在支护、电缆、铁轨、水管、设备等金属物体上感生电动势,较高的感生电动势将会放电,会引起瓦斯爆炸和火灾[14]。煤矿井下较大功率的无线发射,还会引爆电雷管。金属周边的所有无线发射,均会在金属上感生电动势,可能造成能量叠加。因此,单点小功率、多点分散无线充电,不但要考核单一充电点的本质安全防爆性能,还要考核邻近多点的功率和能量叠加。


  无线充电不但要考核本质安全防爆性能,还要考虑无线电波对人体的伤害[14]。煤矿井下巷道高度较低、宽度较窄,无线天线距离人员较近,同样发射功率条件下,距离越近,对人体的伤害越大。无线电波对人体的伤害还与无线电波照射时间有关,同样发射功率条件下,照射时间越长对人体伤害越大。因此,应避免较大发射功率天线对人体的长期照射,避免较大功率定向天线正对固定岗位操作工。


  5结论


  1)通过煤矿机械化、自动化、信息化、智能化和机器人等,减少煤矿井下作业人员,是减少煤矿重特大事故、百万吨死亡率、事故总量和死亡人数的有效措施。


  2)煤矿井下电气防爆等特殊要求,制约着地面机器人直接在煤矿井下应用。机器人动力、蓄电池防爆和充放电安全等,是煤矿机器人最关键的技术问题,也是必须要解决的技术难题。


  3)煤矿机器人动力主要有电动、柴油动力和高压气动。柴油动力具有简单的优点,但柴油是易燃物品,煤矿井下自动加注柴油困难;柴油机作业时噪声大、尾气排放污染井下空气。高压气动具有简单的优点,但高压气瓶是高压容器,使用维护和管理不善会导致高压容器伤人事故。高压气动煤矿井下机器人存在着自重大、续航时间短、加压补气困难等问题。电动机器人具有自重小、续航时间长、使用维护方便等优点,电力是煤矿机器人的主要动力。煤矿移动机器人宜优选蓄电池供电。


  4)电动机器人供电包括电缆供电和蓄电池供电等方式。电缆供电具有简单、可靠等优点,但远距离拖拽电缆,具有体积大、质量大、不便于使用等缺点。蓄电池供电具有自重小、续航时间长、使用维护方便等优点。


  5)通过限制蓄电池容量,具有防止过充、过放、过载、过热等保护的磷酸铁锂,免维护铅酸、镍镉、镍氢蓄电池均可用于隔爆外壳内,用于煤矿井下爆炸性环境。综合考虑比能量、寿命、安全性和性价比等,应优选磷酸铁锂和免维护铅酸蓄电池。


  6)煤矿机器人蓄电池宜采用隔爆型防爆型式。需根据隔爆外壳内锂离子蓄电池容量,提高隔爆外壳的耐爆和不传爆性能,并限制隔爆外壳内蓄电池容量。


  7)距离地面较远的煤矿机器人宜在专用充电硐室或机器人充电舱内充电。专用充电硐室和充电舱应建在进风巷,建在机器人作业区域内,以提高工作效率。机器人专用充电硐室和充电舱内必须设置足够数量的扑灭电气火灾的灭火器材;必须设置甲烷传感器,当甲烷浓度大于0.5%时,停电并闭锁。煤矿机器人蓄电池充电装置应具有防过充等保护。


  8)煤矿机器人蓄电池充电可采用有线充电和无线充电。煤矿井下有线充电具有可大电流快速充电、安全等优点,但需专用充电硐室或机器人充电舱。有线充电一般采用隔爆型充电装置。隔爆型充电装置和隔爆型蓄电池在对接状态、充电状态和分离状态均应保证形成独立的隔爆腔;在对接状态、充电状态和分离状态均有独立的安全闭锁机构,确保充电接口未可靠连接和充电隔爆腔未形成前,机器人及其充电装置的充电接口不带电,避免产生电弧、电火花和危险温度,引爆瓦斯。


  9)煤矿井下无线充电具有不需要专用充电硐室或机器人充电舱等优点,但不能大电流快速充电,充电功率小,充电时间长。煤矿井下无线充电会在支护、电缆、铁轨、水管、设备等金属物体上感生电动势,较高的感生电动势会放电,会引起瓦斯爆炸和火灾。煤矿井下较大功率的无线发射,还会引爆电雷管。单点小功率、多点分散无线充电,不但要考核单一充电点的本质安全防爆性能,还要考核邻近多点的功率和能量叠加。无线充电不但要考核本质安全防爆性能,还要考虑无线电波对人体的伤害,应避免较大发射功率天线对人体的长时间照射,避免较大功率定向天线正对固定岗位操作工。


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