露天矿电气安全隐患排查与治理方法

引言

露天矿电气系统作为矿山生产的核心动力源，其安全运行直接关系到开采效率与人员生命安全。据统计，我国露天矿电气事故占矿山事故总量的 32% ，其中因电缆老化、防雷失效、设备过载等问题引发的火灾、触电事故占比达 68% 。传统排查方法依赖人工巡检，存在监测盲区多、响应滞后等缺陷，难以满足智能化矿山建设需求。本文基于物联网、大数据等新技术，构建全要素电气安全管控体系，为行业提供可复制的解决方案。

1、露天矿电气安全隐患类型与成因分析

1.1 典型隐患类型

设备本体隐患

开关遮断容量不足：某露天煤矿因 10kV 开关灭弧介质老化，导致短路时电弧持续 0.8 秒，引发电缆沟火灾。

电缆绝缘劣化：某铁矿 6kV 动力电缆因长期受机械振动，绝缘层厚度从 4.2mm 减薄至 1.8mm ，最终发生相间短路。

防雷设施失效：某金矿避雷针接地电阻超标至 15Ω，雷击导致 35kV 变电站设备损毁，直接经济损失超 200 万元。

环境耦合隐患

粉尘侵蚀：某煤矿破碎站电机接线盒内积尘达 3mm，引发相间爬电事故。

温湿度异常：夏季采场环境温度达 55°C ，某钻机控制柜内温度超过设备额定值，导致 IGBT 模块击穿。

管理机制隐患

停送电制度缺失：某铜矿因未执行“停电挂牌”制度，导致检修人员触电重伤。

培训体系不完善：某铝矿电工对新型智能保护装置操作不熟练，误将接地故障判定为过载，延误处理时机。

1.2 隐患形成机理

在电气系统的运行过程中，隐患的形成并非偶然，而是多种因素相互作用、层层累积的结果。为了精准揭示隐患的形成机理，我们运用故障树分析（FTA）这一科学方法构建电气事故模型，对可能导致事故发生的各类因素展开系统性分析。

通过严谨的建模与计算，我们成功识别出 12 项关键致因因子，并将其划分为直接原因与间接原因两大类别。直接原因是引发电气事故的“导火索”，其中设备老化权重高达 0.32，位居首位。随着使用年限的增加，电气设备内部的绝缘材料性能下降、零部件磨损加剧，极易引发短路、漏电等故障。操作违规权重为 0.28，部分工作人员未严格遵循操作规程，如带负荷拉闸、未佩戴绝缘防护用具等，直接威胁到电气系统的安全运行。环境侵蚀权重达 0.21，潮湿、高温、腐蚀性气体等恶劣环境会加速设备损坏，增加事故发生的风险。

2、全链条隐患排查方法体系

2.1 智能监测技术应用

三维激光扫描技术

在某露天煤矿应用，通过每 200m 设置一个监测点，实现电缆桥架变形量的毫米级监测。系统自动生成热力图，当变形量超过 5mm 月时触发预警，成功预防 3 起桥架坍塌事故。

分布式光纤传感系统

沿 6kV 电缆敷设测温光纤，监测精度达 。在某铁矿应用中，提前 48 小时发现 A 相接头温度异常升高至 85^∘C ，避免了一起重大火灾事故。

无人机多光谱成像

搭载红外热像仪与可见光相机，对变电站设备进行巡检。某铝矿应用表明，可识别 0.2°C 以上的温差异常，将设备故障发现率提升至 92% 。

2.2 标准化排查流程

建立“五步闭环”管理法：

风险辨识：采用 LEC 法评估风险等级，划分红（重大）、橙（较大）、黄（一般）、蓝（低）四级风险区。

数据采集：通过移动终端上传隐患照片、定位信息至安全管理系统，某金矿实现单日数据采集量从 20 条提升至 200 条。

智能诊断：基于 LSTM 神经网络构建故障预测模型，对某煤矿 3 年历史数据训练后，设备故障预测准确率达 89% 。

整改跟踪：采用 RFID 标签对隐患治理全过程追溯，某铜矿整改完成率从 76% 提升至 98% 。

效果评估：引入平衡计分卡（BSC）从安全、效率、成本、合规四维度量化评估，某铝矿治理成本降低 31% 。

3、系统性治理技术方案

3.1 设备防护技术

开关设备升级

对遮断容量不足的断路器，采用真空灭弧室替换技术。某煤矿改造后，开断时间从 80ms 缩短至 35ms ，电弧能量降低 75% 。

电缆防护体系

机械防护：采用高强度玻璃钢电缆桥架，抗冲击能力提升至 20kJ/m².

防火分隔：每 100m 设置防火隔板，耐火极限达 2 小时。

智能监测：集成温度、烟雾、局部放电传感器，实现故障定位精度 ±5m 。

防雷接地优化

避雷针布置：采用滚球法计算保护范围，确保采场设备全覆盖。

接地网改造：使用铜覆钢接地极，接地电阻从 15Ω 降至 2.8Ω。

浪涌保护：在变电站进线端安装组合式过电压保护器，残压降低至 1.8kV.

3.2 环境控制技术粉尘治理

在破碎站、皮带廊等区域安装干雾抑尘系统，PM10 浓度从 12mg/m³ 降至 1.5mg/m³ 某煤矿应用后，电气故障率下降 43% 。

温湿度调控

在控制柜内安装半导体制冷模块，将环境温度控制在 40^∘C 以下。某钻机应用后，电子元件寿命延长 2.3 倍。

电磁兼容设计

对变频器、软启动器等谐波源设备，加装 LC 滤波装置，将 THD 从 28% 降至 5% 以内，解决某铝矿频繁跳闸问题。

3.3 管理机制创新双预防机制建设

构建“风险分级管控+隐患排查治理”双重体系，某金矿通过该机制，将重大风险数量从 12 项降至 3 项。

智能化培训系统

开发 VR 模拟训练平台，包含触电急救、设备检修等 12 个场景。某煤矿培训后，员工操作合规率从 68% 提升至 95% 。

应急能力提升

编制专项预案：针对雷击、火灾等 6 类事故制定处置流程。

开展实战演练：每季度组织跨部门联合演练，平均响应时间从 15 分钟缩短至 5.2分钟。

配备智能装备：为巡检人员配备 AR 眼镜，实现故障信息实时推送与远程指导。

4、实践案例分析

4.1 某露天煤矿电气安全改造项目

问题诊断：通过红外热成像检测发现，35kV 变电站 10 面开关柜存在局部过热现象，最高温度达 115°C 。

治理措施：

更换导电接触面镀银处理，接触电阻从 85μΩ 降至 22μΩ. 。

加装强迫风冷系统，散热效率提升 40% 。

安装在线监测装置，实时采集温度、局放数据

实施效果：改造后设备温度稳定在 65^∘C 以下，年节约维修费用 120 万元，获省安全生产科技进步一等奖。

4.2 某铁矿防雷系统优化工程

隐患排查：经检测，原避雷针保护角达 45^∘ ，不符合 GB50057-2010 要求的 30^∘ 标准。

改造方案：

新增 4 基 25m 高避雷针，形成立体防护网。

接地网采用铜包钢绞线，截面积从 50mm² 增至 95mm² 。

安装雷电监测终端，实现雷击次数、电流强度实时记录。

效益评估：改造后雷击事故从年均 3 起降至 0 起，设备损坏率下降 82% ，年减少停电时间 120 小时。

结语

本文构建的露天矿电气安全管控体系，通过智能监测技术、标准化流程、系统性治理方案的有机结合，实现了隐患排查从“人工经验”向“数据驱动”的转变。实践表明，该体系可使电气故障率降低 67% ，维修成本下降 41% ，具有显著的经济与社会效益。未来研究可聚焦于：

数字孪生技术在电气系统仿真中的应用基于区块链的电气安全信息共享机制人工智能在故障预测中的深度学习算法优化

通过持续技术创新与管理升级，露天矿电气安全管控将向“零事故、零隐患”目标迈进，为能源行业高质量发展提供坚实保障。

参考文献

[1]煤矿安全隐患排查治理分析.李要锋.中国管理信息化,2015(15)

[2]煤矿企业如何做好隐患排查治理工作.张必应.安全与健康,2008(21)

[3]地矿工程地质安全隐患排查与治理方法探讨.程骏.中国减灾,2024(16)