露天煤矿电缆故障修复技术研究与应用

1 露天煤矿电缆主要故障形式分析

1.1 机械损伤故障

（1）外力挤压与拖拽损伤：露天煤矿现场大型机械设备众多，电缆在铺设与使用过程中，易受到设备的碾压、碰撞。如运输卡车、推土机等作业时，可能意外挤压电缆，导致电缆外护套破裂、绝缘层受损，甚至导体断裂。同时，主采设备的频繁移动使拖拽电缆长期处于拉伸、弯曲状态，加速绝缘材料老化与导体疲劳，引发故障。据统计，某露天煤矿因机械外力导致的电缆故障占总故障数的 40% 以上。

（2）弯曲疲劳损伤：高压拖拽电缆在跟随设备移动时，需频繁弯曲，尤其是在转弯半径过小的情况下，电缆内部绝缘层和导体承受较大应力。长期反复弯曲会使绝缘层出现裂纹，导体单丝断裂，最终导致电缆绝缘性能下降，发生短路或断路故障。例如，在一些开采区域地形复杂、设备转弯频繁的地方，弯曲疲劳损伤引发的电缆故障较为常见。

1.2 电气故障

（1）绝缘老化与击穿：电缆在长期运行过程中，受到电场、热、化学等因素作用，绝缘材料性能逐渐劣化。露天煤矿环境中的高温、高湿、高粉尘以及化学腐蚀物质，会加速绝缘老化进程。当绝缘老化到一定程度，在过电压、过电流等电气应力作用下，易发生绝缘击穿，导致电缆短路故障。研究表明，运行超过 5 年的电缆，因绝缘老化引发的故障风险显著增加。

（2）过电压与过电流故障：露天煤矿的供电系统中，由于雷击、设备启停等原因，会产生瞬间过电压。同时，当用电设备出现过载、短路等异常情况时，会导致电缆过电流。过电压和过电流会在短时间内产生大量热量，损坏电缆绝缘层和导体，引发电缆故障。

1.3 环境因素导致的故障

（1）水浸与腐蚀故障：露天煤矿作业面易积水，电缆若长期浸泡在水中，水分会通过外护套的破损处或电缆接头渗入内部，降低绝缘性能，引发绝缘故障。此外，矿区内的酸性、碱性物质以及煤炭粉尘中的化学物质，会与电缆外护套发生化学反应，腐蚀外护套，使电缆失去防护能力，进一步加速绝缘老化与故障发生。在一些靠近洗煤厂等区域，因环境腐蚀性较强，电缆腐蚀故障较为突出[1]。

（2）温度影响故障：露天煤矿夏季高温，电缆散热条件差，运行温度升高，加速绝缘材料老化。而在冬季低温环境下，电缆绝缘材料变脆，柔韧性降低，受到机械外力时更容易损坏。温度的剧烈变化还会导致电缆内部各层材料热胀冷缩不一致，产生内部应力，破坏电缆结构。

2 原有电缆修复工艺制约因素

2.1 传统焊接工艺的局限性

（1）焊接质量不稳定：传统的电缆导体焊接方法，如手工电弧焊、气焊等，对操作人员技术水平要求较高，焊接过程中易出现虚焊、夹渣、气孔等缺陷。这些缺陷会导致焊接处电阻增大，在运行过程中产生局部过热，降低电缆使用寿命，甚至引发二次故障。例如，手工电弧焊时，若焊接电流、焊接速度控制不当，很难保证焊接接头的质量一致性。

（2）焊接效率低：传统焊接工艺操作繁琐，焊接前需对电缆导体进行预处理，焊接过程中需多次调整焊接参数，完成一个焊接接头往往需要较长时间。在露天煤矿生产任务紧张的情况下，长时间的电缆修复会严重影响生产进度。例如，修复一条高压电缆的导体焊接接头，采用手工电弧焊可能需要数小时甚至更长时间。

2.2 外护套修复工艺问题

（1）修复强度不足：以往电缆外护套修复多采用冷补工艺，使用修补胶直接涂抹在破损处。这种方法虽然操作简单，但修补后的外护套强度远低于原护套，在电缆后续使用过程中，易再次开裂、破损，无法有效保护电缆内部结构。尤其是在承受较大机械外力的部位，冷补后的外护套难以满足使用要求。

（2）密封性能差：冷补工艺难以保证外护套修复处的良好密封，水分、灰尘等杂质容易从修复处进入电缆内部，加速电缆绝缘老化，引发电气故障。此外，一些冷补材料耐候性差，在露天煤矿恶劣环境下，容易老化、脱落，降低修复效果。例如，在高湿度环境中，冷补后的电缆外护套修复处常出现渗水现象，导致电缆绝缘电阻下降。

3 电缆故障修复新技术

3.1 导体放热焊接技术

（1）技术原理：导体放热焊接是利用金属氧化物与铝之间的放热化学反应（铝热反应）产生的高温，使待焊接的电缆导体局部熔化并融合在一起，形成永久性的冶金连接。在反应过程中，无需外部电源，仅依靠自身化学反应释放的热量即可完成焊接。该反应能产生高达 2500^∘C 以上的高温，足以熔化铜、铝等常见电缆导体材料[2]。

（2）操作流程：焊接前，先将待焊接的电缆导体端部清理干净，去除表面的氧化层、油污等杂质。然后，将专用的放热焊接模具安装在电缆导体上，确保模具与导体紧密贴合。将配好的焊剂倒入模具中，点燃引火剂，引发铝热反应。反应结束后，待焊缝冷却至常温，拆除模具，检查焊接质量。焊接过程中，需严格控制焊剂用量、模具安装位置等参数，以保证焊接质量。

（3）技术优势：与传统焊接工艺相比，导体放热焊接具有焊接质量高、接头电阻小、机械强度大等优点。焊接接头为冶金结合，无虚焊、夹渣等缺陷，接头电阻可与导体本体电阻相当，能有效降低运行过程中的发热问题。同时，焊接接头的机械强度高，能更好地承受电缆在使用过程中的拉伸、弯曲等机械应力，大大提高了电缆修复后的可靠性和使用寿命。

3.2 外护套热补硫化技术

（1）技术原理：外护套热补硫化技术是将含有硫化剂的橡胶材料覆盖在电缆外护套破损处，通过加热、加压的方式，使橡胶材料发生硫化反应，与原外护套紧密结合，形成具有良好物理性能和防护性能的修复层。硫化过程中，橡胶分子结构发生交联，形成三维网状结构，从而提高橡胶的强度、耐磨性、耐老化性等性能。

（2）操作流程：首先，对电缆外护套破损处进行清理，去除杂质、油污等。然后，根据破损面积和形状，裁剪合适尺寸的橡胶修补片，并在修补片和破损处表面均匀涂抹硫化剂。将修补片覆盖在破损处，使用专用的热补硫化设备进行加热、加压。加热温度和时间根据橡胶材料和电缆外护套材质确定，一般加热温度在150℃-200℃之间，加热时间为15-30 分钟。加热结束后，自然冷却至常温，检查修复效果。

（3）技术优势：热补硫化后的电缆外护套修复层与原护套性能相近，具有较高的强度和良好的密封性能。修复层能够有效抵御机械外力、水浸、腐蚀等环境因素的影响，延长电缆使用寿命。与冷补工艺相比，热补硫化技术修复后的外护套更加牢固、耐用，能更好地适应露天煤矿的恶劣工作环境[3]。

4 结束语

未来，露天煤矿电缆故障修复技术将朝着智能化、高效化方向发展。智能检测技术可实时监测电缆运行状态，提前预警潜在故障；自动化修复设备将提高修复效率和质量稳定性。为推动技术发展，建议加强产学研合作，加大对电缆修复技术研发的投入，培养专业技术人才。同时，制定完善的电缆维护与修复标准规范，规范修复操作流程，确保修复质量。此外，进一步研发适应极端恶劣环境的高性能电缆材料和修复材料，从根本上提高电缆的可靠性和使用寿命。

参考文献：

[1]齐振磊. 露天煤矿电气设备的检修与维护研究 [J]. 内蒙古煤炭经济,2023, (23): 37-39.

[2]苏红俊. 哈尔乌素露天煤矿智能化系统构建优化 [J]. 露天采矿技术,2023, 38 (06): 98-103.