摘要：位于地表的瓦斯抽放泵站是煤矿瓦斯抽放系统中的重要部分。由于煤矿大多处于空旷地区，局部空气对流现象明显，且地表土壤的电阻率相对较高，瓦斯抽放泵站极易被雷电击中。瓦斯抽放泵站遭受雷击，一方面会使瓦斯抽放设备直接受到破坏，另一方面由于瓦斯属于可燃、可爆气体对矿井安全生产造成威胁。本文以某矿的瓦斯抽放泵站为例，进行防雷设计安全性分析，并进行优化改进设计。鉴于此，本文对煤矿瓦斯抽放泵站防雷保护措施的改进进行分析，以供参考。
关键词：瓦斯；抽放泵；防雷保护
引言
根据某矿瓦斯抽采泵站的实际情况，采用了新型直击雷防护设计并配套进行了防电涌和防闪电感应设计来解决避雷针的使用不合理和避雷针与瓦斯排气筒的安全距离不足的问题，通过改进接地电网的结构、降低接地体周围阻抗和优化冲击接地方式，实现了对接地系统的改进。改进后，该瓦斯抽采泵站未因雷击造成财产损失，因此本次改进为煤矿地面瓦斯抽放泵站的安全生产提供了有力保障。
1瓦斯泵站防雷应保护范围的确定
煤气排放系统排放管道应该在考虑对煤气排放泵站的最高建筑物、第一类防雷建筑物和煤气排放泵站的防雷设计之前，先考虑对排放管道的防雷。根据《防雷条例》的相关规定和要求，隔离管道的防雷必须通过安装单独的启动装置来实现，泵房可以使用防雷条例4 . 3 . 1中的规定来设计建筑物的防雷保护，也可以使用用于保护隔离管道的启动装置来保护泵房，以便在计算保护范围时将旋转球半径计算为45米。
2泵站现有防雷设计问题分析
2.1避雷针的使用不合理
该瓦斯抽放泵站采用的是防直击雷防护，此种设计是不合理的。因为避雷针主要是通过引雷来避免其他重要设备被雷电击毁损坏，会大大增加瓦斯抽采泵站被直击雷击中的概率。并且避雷针在引雷时会产生强烈的电弧放电，出现火花和高温，对属于易燃易爆气体的瓦斯来说是十分危险的，容易形成安全隐患。
2.2直击雷所产生的安全威胁隐患
雷暴时，地面瓦斯排水泵站很有可能直接被雷和闪电击中，因此，一旦撞击任何部件，该部件就会迅速加热，产生过多的热量，这时瓦斯气体会迅速膨胀和燃烧，从而引起爆炸。直升机撞击小部件时，局部温度过热，部件着火，地面煤气泵站必须不间断地运行系统，部件损坏会导致系统无法正常工作，从而对整个开采工作产生不必要的影响和损失。
2.3避雷针接地不合理
1）避雷针接地间距不足。避雷针的接地引下线与瓦斯管路距离仅为2m，且瓦斯管路中的瓦斯浓度较高。若避雷针引雷成功，电流会顺着接地线进入大地，此时避雷针接地处附近的局部电位会升高，极易对管道发生反击，产生的电火花极易波及瓦斯气体管道，发生火灾或爆炸事故。
2）避雷针接地线处理不当。在避雷针接地线的入地处需要安装用于改善冲击电位分布的接地装置，同时，对于引下线也需进行光滑处理。而该泵站的避雷针接地线没有与地网连接，且存在许多毛刺。若避雷针引雷则会导致毛刺发生电火花放电，形成安全隐患。
3直击雷防护改进
3.1直击雷防护装置的设计
由于瓦斯放空管中运输的是瓦斯，因此放空管属于一类防雷建筑物。通过借鉴普通一类防雷建筑物的设计，在放空管处设置独立的闪网、接闪带或接闪杆。抽放泵房属于二类防雷建筑物，可在其外设置接闪网、接闪带或接闪杆[2]。由于瓦斯抽放管的防雷要求更高，应先对抽放管进行防雷设计。从经济性考虑优先选择独立接闪杆作为放空管的防雷措施。但是一类防雷建筑的滚球半径为30m，采用接闪杆和单根接闪线均不能达到规程中对瓦斯放空管的防雷设计准则，因此，采用防直击雷范围更广的两根等高的架空接闪线保护防爆器室（瓦斯放空管位于其中）。
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3.2防电涌设计
当闪电击中泵站内部的电缆或金属管道时，电缆中就会出现电涌，威胁工作人员的人身安全和损坏设备。因此，应将泵站内的金属管道和线路与防闪电感应的接地装置连接一起。同时还应装设电涌保护器，避免闪电电涌通过线路和电缆等侵入泵站[3]。该瓦斯抽放泵站与外部连接的金属管路有瓦斯管路、瓦斯放空管和冷却循环水管，将与防闪电感应连接的0.04m×0.04m镀锌扁钢安装至这些管路的进出泵站处。将接入泵站的6kV电源线的外皮和金属保护管均与防闪电感应的接地置连接。在变电所的出线柜内增设氧化锌避雷器，并在泵站的接线柜内安装压敏电阻。将泵站内的所有输电电缆和控制电缆采用穿钢管保护后进行埋地铺设，然后将屏蔽控制电缆的屏蔽层和保护钢管与防闪电感应的接地装置连接。
3.3防雷电波侵入的措施
燃气泵中燃气管道的位置必须可靠地连接到接地设备，该设备运行反物质传感器；距离建筑物小于100米的管道应每隔25米接地，且每隔30次碰撞阻尼电阻不超过30次。此外，可以使用焊缝（金属）或钢梁（钢筋混凝土连接）作为底部，使用构造块作为底板。地线或沟渠中的金属线必须连接到电流进入建筑物的位置，接地导体或静电传感器。
3.4瓦斯泵房（新建）防雷措施
建议在屋顶上放置避雷栅，以有效地防止直接雷到泵站的危险，并提高防雷的可靠性。网格使用10m×10m或12m×8m的网格密度，屋脊、屋檐角上设置了避雷短针。避雷网安装18米以下的顶出线，将避雷网和金属屋顶无缝焊接，在每个顶出线上安装一组接地装置，每组接地装置的接地电阻不得超过10ω，如果土质不好，则可以使用电阻器和降阻模块。
3.5针对闪电感应的设计
闪电检测会导致泵站金属部件发生感应放电现象，从而产生火焰或火灾等安全危险，因此闪电检测的闪电形式要求为整个泵站设备、管道、电缆线等设计相应的接地设备，通常连接到镀锡扁钢（40乘以4毫米）以及相应的防闪电感应接地设备。对于这些有自己的金属对象（如管道和结构）的设备，实际布局采用平行布局方法，因此，当相应的静态距离为1米时，必须使用金属线跳接，相应的交叉点之间的距离必须在30米以内，如果交叉点的距离在1米以内，则必须将相应的交叉点放置在跳线在阀门等位置，如果过渡阻力大于0，03ω，则必须将相应的连接端跳接到金属导线上。
3.6降低接地体周围阻抗
由于该矿区地表土壤中的含水量较低，导致土壤的电阻率分布极不均匀，因此需要使用保水性能好的降阻剂稳定接地体周边的接地参数，来降低接地体的冲击接地阻抗，改善雷电流入地时的冲击电位分布，防止由于局部电位过高导致的设备损害与放电、放热隐患。具体操作如下：改造施工时，首先在沟槽底部倒入一半的降阻剂，待铺入的水平接地体焊接完毕后，在水平接地体连接处置入一根1.5m的垂直接地极，再将剩余的降阻剂与适量的水进行均匀搅拌后倒入并夯实。
结束语
地面瓦斯抽采泵站作为矿井瓦斯抽采系统的重要构成部分之一，直接影响到煤矿生产的安全性，而由于这一装置通常位于矿井空旷地，这种孤立位置的设置致使其很容易遭受到雷击，加上设备本身易燃易爆的特点，致使雷击安全隐患问题凸显，而解决这一问题的关键在于要抓住防雷接地设计的要点。
参考文献：
[1]郭晋雷.煤矿地面瓦斯抽采泵站防雷接地的设计分析[J].山西煤炭管理干部学院学报，2017，28（04）：53-55.
[2]张明全.煤矿地面瓦斯抽放泵站防雷接地系统应用[J].内蒙古煤炭经济，2017（09）：116-117.
[3]陈一兵.煤矿地面瓦斯抽采泵站防雷接地设计[J].煤炭工程，2017，46（05）：30-32.
[4]王吉安.井下移动抽采泵站防瓦斯超限断电的技术改造[J].安全生产与监督，2017（02）：43-44.
论文作者:郭永刚
论文发表刊物:《电力设备》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/18
标签：泵站论文; 瓦斯论文; 防雷论文; 避雷针论文; 闪电论文; 管道论文; 煤矿论文; 《电力设备》2019年第11期论文;