作者简介：

     郭春平（1959- ），男，山西平遥人，获国务院特殊津贴的一名专利发明人，北大EMBA, 教授级高工，山西全安公司董事长。

摘 要：抗违章保护技术装备集成包括：三开一防、两防锁、防松锁、防电软件、远漏试验、辅助器件，自创的安装连接技术，及公知技术网络系统8个模块。不更换现有在用设备，而配套应用8个模块后，就能使设备具有“抗违章”性，就能有效防治带电作业，就能防止井下几乎所有引爆瓦斯的电气火花出现，进而产生出人意料的效果，从技术装备上保证12条法规标准的贯彻落实，降低48.1%（约一半）的瓦斯爆炸。

关键词：抗违章；抗违章保护技术；带电作业；两防锁；三开一防

1  技术背景

    我国著名煤矿安全专家孙继平教授研究指出：“电气火源（花）引爆瓦斯最多，为48.1%”[1]。以下是几起事故案例：

山西省委书记、省人大常委会主任骆惠宁在省工商联第十二次代表大会上与国务院特贴专家郭春平亲切握手

      带电开盖检修事故案例：江西丰城矿务局坪湖煤矿瓦斯爆炸114人死亡事故；安徽淮北芦岭煤矿瓦斯爆炸86人死亡事故。违章送电事故案例：大同矿务局老白洞矿，罐笼防爆开关没有盖子，没有消弧罩产生明火导致煤尘爆炸，684人死亡事故；鸡西矿业集团公司城子河煤矿，外包工擅自送电引爆瓦斯，124人死亡事故；新疆阜康市神龙煤矿83人死亡事故;霍县矿务局圣佛煤矿，班长擅自开盖送电引爆瓦斯50人死亡事故。接线嘴失爆事故案例：西山屯兰矿风机开关压盘式喇叭嘴“失爆”引爆瓦斯，78人死亡事故；山西晋城某矿螺旋式小喇叭嘴松动，信号线被拉出，电死一人。

    造成事故的“硬原因”是设备“先天不足”问题所致：

    闭锁装置主要表现为：螺丝刀或徒手就能够移动闭锁杆而擅自送电或擅自开盖操作；闭锁杆上打孔锁上普通门锁，这种方法不能长期使用在井下动态使用中的开关上，原因是：有多少个开关就得有若干倍开关数量的钥匙，且门锁易生锈，难以使用和管理，另外，没有闭锁杆的开关无法打孔锁上普通门锁；闭锁装置上加装一些机构，只有用三角套管等专用工具才能操作闭锁杆移动，这种方法也不能长期使用在井下动态使用中的开关上，原因是：一种开关对应一种工具，一个单位有十种开关，工人就须带十种工具，实际中不便管理使用；高压开关上与隔离开关联锁的大盖用普通扳手或套管就能打开，这种结构不能防止带有普通工具的非专职人员擅自开盖操作。有关事故案例我们已经收集50起，死亡4501人。

     接线腔主要表现为：无联锁保护装置，电气设备接线腔盖板用普通螺栓固定，没有锁，用扳手、卡丝钳、管钳等常用工具就能带电开盖操作，产生电火花引爆瓦斯。所以，电气设备接线腔（盒）是“吃人”的“虎口”，有关事故案例我们已经收集139起，共死亡3538人。

   电缆引入装置主要表现为：螺纹式喇叭嘴，能够徒手拧松造成电气“失爆”，不符合GB3836.1附录A要求。有关 “失爆”引发的事故我们已经收集52起，死亡1283人。

    造成事故的“软原因”是违章带电作业：，工人在井下较暗的狭窄的特殊环境工作,相比地面操作人员更易违章带电作业，如：操作闭锁装置擅自送电，或违章擅自打开开关工作腔大盖作业，或违章擅自打开电气设备接线腔盖板带电作业，或违章擅自松动喇叭嘴，等等，从而引发电气安全事故。

    防治违章带电作业的根本出路在于开发“抗违章”技术[2]，即：“想违章违不成，即使违章作业也造不成事故”的技术。采用了抗违章技术，就像人体注射疫苗一样，即使病毒侵入体内，也不会致病，即人体具备了抗病毒性。采用了抗违章技术，就使技术装备具备了抗违章性。

2 防治带电作业及瓦斯爆炸的抗违章保护技术集成原理和功能分析

2.1 集成原理

    防治带电作业及瓦斯爆炸的抗违章保护技术集成，其集成原理如图1所示，其集成模块如图2所示。

    技术集成创新是指将有效专利、自创技术（非专利）和公知技术系统化地组合集成为一个新的具有创造性的技术方案直至获得实际应用, 并产生良好的经济和社会效益的活动。技术集成创新是自主创新的一个重要内容, 是集成创新系统中重要的组成部分。

    防治带电作业及瓦斯爆炸的抗违章保护技术集成包括8个模块：①三开一防专利技术及监控装备（简称：三开一防），②两防锁专利技术（简称：两防锁），③防松锁专利技术（简称：防松锁），④具有自主知识产权的防带电作业软件（简称：防电软件），⑤远方漏电试验专利技术装备（简称：远漏试验），⑥瓦斯超限（或有电）开盖闭锁专利技术等（简称：辅助器件），⑦自创的安装连接技术， ⑧公知技术监测监控网络和供电系统（简称：网络系统）。

    图1、图2中各模块的原理及功能简介如下：

    三开一防：将开盖（三开一防）传感器通过螺栓罩或螺栓套（不改变原结构）锁定在负荷开关盖板紧固螺栓上，其接点与三开一防监控系统（或物联网、电力监控系统、安全保护系统及启动停止回路等系统）联网运行实现开盖联锁。要打开盖板，必须由专职人员用专用锁钥解锁，即“防止非专职人员擅自开盖操作”。解锁后触动传感器接点动作发出信号，通过三开一防监控系统切断控制该接线腔的电源开关，在“失爆”前实现超前“开盖断电”、负荷开关就地实现“开盖报警”，并同时在地面监控中心报警，开盖后，闭锁该电源开关，保证他不能向该接线腔送电，即“开盖闭锁”。主要功能是防止负荷开关接线盒上盖板被违章打开产生引爆瓦斯的电气火花。其次，紧急情况可用于照明或报警求救，矿灯没电时，取下开盖传感器，利用其声光报警功能，可作为应急照明使用；或利用其声光报警功能向其他人报警求救；或通过联网功能实现人员定位。

    两防锁：两防锁锁定在电源开关等开关的闭锁装置上，只有专职电工持专用钥匙才能解锁送电或解锁开盖，其他非专职人员不能够解锁送电和擅自打开开关操作腔门盖带电作业。主要功能是防止违章擅自送电或擅自开门操作产生引爆瓦斯的电气火花。

    防松锁：防松锁锁定在螺纹式喇叭嘴上，停电后，只有专职电工持专用钥匙才能解锁、松动、检修，其他非专职人员不能够解锁、松动喇叭嘴，主要功能是防止喇叭嘴松动“失爆”产生引爆瓦斯的电气火花。

    防电软件：用于三开一防监控系统等，实现三开一防、远方漏电试验装置等与各种网络连接，能够在地面调度室或手机上在线监测监控井下设备盖板开合状态，通过组态画面就可以看到现场设备盖板开合状态，记录开盖断电、开盖闭锁、开盖报警等结果。在地面进行远方漏电试验并记录试验结果。

    网络系统：网络系统是公知技术，包括井下在用供电系统、供电监控系统、瓦斯监控系统、物联网等系统。与防电软件共同作用实现抗违章保护技术有关功能。

    安装技术：实现多种型号两防锁的安装、螺栓罩的安装、传感器的电气连接等。

    远漏试验：安装在线路末端的负荷开关旁边，并与三开一防监控系统联网运行，在地面监控中心可远方试验漏电保护的可靠性，防止漏电保护失效后供电系统继续运行现象，杜绝引爆瓦斯的电气火花产生。

    辅助器件：包括瓦斯超限（或有电）闭锁装置等，安装在设备接线腔或操作腔上等位置，内有瓦斯探头及电动机构，能够保证在瓦斯超限后电气设备接线腔盖板或门盖打不开，或能够保证在电气设备带电状态下该接线腔盖板或门盖打不开。防止带电开盖、带电检修产生引爆瓦斯的电气火花。

2.2 分析

    煤矿井下电气火花是引爆瓦斯的主要引火源。产生引爆瓦斯的主要行为是违章“带电作业”。带电作业主要是由于“擅自送电、擅自开盖操作”（简称：两擅）造成。产生引爆瓦斯的电气火花的主要设施是：开关、电机和电缆，主要部位是：没有联锁保护装置的开关电机接线盒和连接电缆接线盒，及闭锁装置保护不完善的开关操作腔；接线盒上主要是盖板被擅自打开和没有防松保护的接线嘴被擅自松动；开关操作腔主要是大盖（或门）被擅自打开。

    煤矿井下易产生火花的设备及部位如图3所示，只要控制了这几个部位就可以防止绝大部分的引爆瓦斯电气火花。而绝大部分电气火花是违章原因产生的，其他非违章原因产生的电气火花占很小一部分，约在5%以下[3]。因为电缆有高强度护套保护，有屏蔽层、监视线及漏电监视保护，电缆被石头等砸破产生引爆瓦斯的电气火花概率，与违章原因相比很小，其他有紧固的外壳或者是本安型电气设备，被石头等砸破产生引爆瓦斯的电气火花概率更小。

    如图1、图2所示，把三开一防、两防锁、防松锁、防电软件、安装连接技术、网络系统集成在一起，共同作用，可防止对开关、电机和电缆违章进行擅自送电或擅自开盖操作，进而防止带电作业。远漏试验大大提高了漏电保护装置的灵敏度及可靠性，即使违章带电作业或其他非违章原因产生电气火花，漏电保护可靠动作，电气火花也不能引爆瓦斯。瓦斯超限（或有电）闭锁装置等辅助器件，作为其它技术的必要补充，当联网不方便时，可确保瓦斯超限或有电时打不开设备盖板。

    不更换现有在用设备，而配套应用抗违章保护技术集成模板的模块①~⑧后，就可防止带电作业，防止井下约100%引爆瓦斯的电气火花，根据前述孙继平教授的研究结论，就能降低48.1%（约一半）的瓦斯爆炸，产生了出人意料的集成创新效应，产生原因是把笔者发明的专利技术和自创技术集成在公知技术网络系统（见图2）上所致。

    1885年卡尔·本茨研制成功的三轮汽车。1886年，德国人哥德利普·戴姆勒在一辆四轮马车上安装了自己研制的汽车发动机，创造出每小时18千米的速度行驶，人类历史上第一辆四轮汽车诞生了。汽车发明的重要环节在于他将自己研制的发动机安装在了大家很熟悉的四轮马车上，但是对后世的影响却不仅仅是简单地集成组合，而是创造了现代社会的生活基础之一。抗违章保护技术创新产生的降低一半瓦斯爆炸的安全效益，其出人意料效果与汽车有相似之处。

    抗违章保护技术可从技术装备上保证12条法规标准的贯彻落实，列举如下：

    GB3836.1-2010 联锁装置：为保持专用防爆型式用的联锁装置，其结构应保证非专用工具不能轻易解除其作用。①螺丝刀、镊子或类似的工具不应使联锁装置失效。②开盖联锁可实现开盖前断电、断电后闭锁(锁定，如不能向该设备供电)等联锁功能，必要时也可根据需要同时实现相关报警功能；附录A：电缆引入装置安装之后，仅应通过工具才能拆卸下来。

   《煤矿安全规程》第442条：“井下不得带电检修电气设备。严禁带电搬迁非本安型电气设备、电缆，采用电缆供电的移动式用电设备不受此限。所有开关把手在切断电源时必须闭锁井下不得带电检修、搬迁电气设备、电缆和电线，检修或搬迁前，必须切断电源”；第443条：“非专职人员或非值班电气人员，不得擅自操作电气设备”；第481条：“采区电工不得擅自打开采区变电所电气设备进行修理”。

     AQ1023—2006《煤矿井下低压供电系统及装备通用安全技术要求》：煤矿井下低压供电系统及装备应实现分级闭锁和全闭锁。

     分级闭锁：将接线腔分成电源进线和负载出线两个独立隔爆接线腔，在带电情况下打开任一接线腔时，在接线腔未失爆前通过闭锁机构动作使开关分闸断电且闭锁的一种保护。负载出线腔闭锁本级开关，电源进线腔闭锁上级开关。

     全闭锁：设备的电源进线和负载出线只设一个隔爆腔，在带电情况下打开接线腔时，在接线腔未失爆前通过闭锁机构动作使上级开关分闸断电且闭锁的一种保护。

   《山西煤矿安全质量标准化标准及考核评级办法》要求：电气设备应实现“三开一防”（即开盖断电、开盖闭锁、开盖报警及防止非专职人员擅自开盖操作）。开关必须具有“两防”功能(即防止擅自送电，防止擅自开盖操作，保证螺丝刀、镊子等非专用工具不能轻易解除它的作用，且各对组的专用工具互不相同)。电气设备螺旋喇叭嘴应具有防松功能。

     MT/T 1097—2008《煤矿机电设备检修技术规范》要求：检修后的矿用电气设备，为确保其安全供电和防爆性能，必须实现两防（防止擅自送电，擅自开盖操作）保证非专用工具不能解除的联锁功能，矿用开关两防锁的结构性能按JB/T10835—2008执行。
3  结论

    经过我们这几年研究和应用，笔者认为：只有研究、开发、生产、推广抗违章保护技术产品，建立抗违章系统，才能从根本上杜绝违章作业，才能彻底杜绝煤矿事故的发生。仅靠人的自觉性和制度的强制性防止违章作业，其可靠性不是最高的。

    抗违章保护技术装备 “能够确保人们无法违章带电作业，或能够确保即使违章带电作业也造不成事故”。集成应用抗违章保护技术后，不更换现有设备，只要加装成本相对很低的传感器及线路等，即可防止井下所有引爆瓦斯的电火花，进而产生出人意料的集成创新效应，降低48.1%的瓦斯爆炸，很有必要推广应用。

参考文献：

[1]  孙继平.《煤矿安全生产与信息化》[M].北京： 煤炭工业出版社, 2011.

[2]  郭春平. 抗违章保护技术创新方法研究[J].《煤矿安全》,2010,(5) .

[3]  尹维佳．违章与事故  [EB/OL] ．http://www.anquan.com.cn/Wencui/lecture/ 200706/55415.html,2007-6-18．