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矿井照明的分析与设计

2016-12-20 15:57:23

矿井照明的分析与设计

     摘要  照明在生活和生产中都有着举足轻重的地位,我国许多矿山巷道由于建设比较早,至今仍使用着最原始的白炽灯作为主要光源,不仅费电,而且具有显色性差、照度弱、寿命短等诸多缺点,严重影响了生产安全。该文对矿井照明的现状进行了分析,并运用人因工程的方法对其照明进行了相应的设计。结果表明:采用改进后的照明方式可提高产量10%左右,安全性也得到进一步的改善。

 

关键词   照明  光源  巷道

1、引言

      照明对于采矿行业来说起着举足轻重的作用。良好的井下照明,能为采矿工人提供优质的作业环境,达到保障矿产质量,提高工作效率的效果,同时对于减少井下安全事故的发生也起到重要作用。研究表明,改善照明能提高作业效率15%—30%,减少安全事故20%—30%以上,对于条件极为复杂、危险性大的矿山更是如此。

      自1996年我国开始实施“绿色照明工程”以来,各行各业都开始实施绿色照明。为使我国矿井照明现代化,工矿企业也开始将“绿色照明” 的一般概念与矿井下的特殊照明技术结合起来,实施矿井绿色照明。但是,我国矿山众多,矿井照明的改善在大中型矿山内中实施的比较好,而一般的小型矿山由于各方面的原因,大多数都还在采用传统的照明方式。有些矿井深,巷道多,采用传统白炽灯作为主要照明光源,照度低,眩光强,工人长期在光线不足的环境下工作容易疲劳,工作效率极低,影响了生产安全性。由于矿山井下空间狭小,人流、物流、气流从同一通道出入,风管、水管、电缆遍布巷道,稍不注意,安全危害就会导致事故。因此,良好的照明条件是保障井下工人安全的首要条件,研究并确定合理的照明对减少矿山安全事故、提高劳动效率意义重大,而且还能达到节能的目的。

      矿井照明的改进涉及的内容很多,比如光源的选择、照度计算、环境可见度的计算等等。本文对光源、照明方式的选择和照度的计算方法做粗浅探讨,提出改善的设计方案。

 

2、矿井照明的现状与存在的问题

     良好的矿井照明,应该是在确保安全的条件下,根据矿石生产和职工生活的需要、生理卫生的要求,技术经济上的合理与可能,使设置的照明适合矿山特点、安全可靠、灵活经济。在量的方面,要求照度水平合适,便于控制调节以适应生产联系各个场所和统一场所不同时间的需要。在质的方面,要求照明的均匀性好,空间亮度分布合理,视看目标与背景(特别是工作面)的亮度比较合适,避免眩光,有良好的光色。

     目前有些矿井下照明还停留在初级阶段,仍然使用第一代照明光源——白炽灯,这种光源发光效率低、发热温度高,寿命极短(平均只有500h)、红外线成份高、易受震动影响、色温低,带黄色、耗能大,不利于节能。这种简陋的照明环境对工人生产极为不利:

(1)井下光线太弱,经测量平均照度只有3.91x。因空气质量太差,使透明度不好,工人对环境情况不清,对来临和逼损害的事故视而不见;

(2)井下照明光线颜色选择不当。在无自然光的情况下,灰黄色的墙壁在白炽灯昏黄的光线下模糊不清,使工人对潜在的事故危险源观察不到,无法通过肉眼对岩石顶板和即将发生的冒顶进行辨识,进而采取有效的措施防范和避让;

(3)井下照明灯具功率与周围环境不匹配,导致对可能坠落的岩石及暴露顶板或裂缝纵横交错的岩石缺乏细致的观察与判断;

(4)由于井下环境造成的视觉差异,对于迫近的运动伤害缺乏准确的判断,存在视觉上的距离差,对静止的安全陷井无警觉感和预防意识。

(5)井下场地狭窄,由于照明不足,单靠头戴矿灯,其光束只集射于直径不到1m的圆圈内,矿灯眩光强烈,彼此影响,极为不利。

(6)白炽灯光效低,耗电量大,寿命短,造成能源和资金上的巨大浪费,直接经济损失可达每年数万元。

       因此,为改变这种不利现状,要求采用光效高、寿命长、光色适宜、经济耐用而又可靠的光源;要求配用安全轻便、效高价廉、配光合理、互换性好和便于维修的灯具。

 

3、 矿井照明的设计

      针对以上所提到的矿井不良照明环境,本文主要从光源和照明方式的选择,照度的设计方面着手。

3.1 光源的选择

      按光源与被照物的关系,光源的光可分为直射光、反射光和透射光。直射光直射在物体上,由于物体反射效果不同,物体向光部分明亮,背光部分较暗,照度分布不均匀,对比度过大。反射光经反射物漫射到被照空间的物体上。透射光经散光的透明条件使光线转业漫射,漫射光线宽度低而且柔和,可减轻阴影和眩光,使照度分布均匀。

      有些矿巷道内原放置的是127V/100W白炽灯,无灯具,该种光源色温2800K,呈黄色光,是典型的点光源,由于发光部位集中,与背景亮度对比大,极易产生眩光,对长期处于矿井黑暗环境下工人的视力容易造成不利影响。

      白炽灯是一种传统光源,它的平均寿命不到500h,光衰非常大,在井下24h不间断照明的情况下, 不用1个月,白炽灯的光通量就衰减到原来的一半以下,对照明效果产生极大的影响,经照度仪测得,在矿山某巷道中光源正下方工作面测得的照度只有3.91x,整个环境相当昏暗,只能勉强辨别物体的轮廓,在这种黄色的光线下,很多矿物的颜色都无法正确的识别。

     为了改变这种情况,我们将原来的127V100W白炽灯换成127V23WLVD无极灯。这是新的第四代光源。它相对白炽灯有如下方面的改善:

(1)节电50%—90%:由于无极灯采用电磁感应发光,配以IC控制电子整流器,具有高光效、高功率因数及高系统功率等特点。

(2)超长寿命:LVD无极灯没有易损坏的电极和灯丝,灯的使用寿命取决于整流器元器件的使用寿命,正常工作寿命达100000h,是白炽灯的100倍。

(3)可瞬间启动:无极灯可瞬间启动和热启动,启动速度达毫秒级。

(4)无眩光和频闪,可保护视力:当光源的工作频率大于40kHz,人的眼睛就不觉得闪烁。无极灯工作频率210kHz,同时无极灯还具有宽色温范围2700-6500K,高显色性CRI>80(Ra)等特性,在达到设计照度的同时还有助于保护视力。

(5)优良的光性能:无极灯发出的“白光”具有完整光谱,类似日光。高光效大于80lm/w。光通量恒定,2000h光通维持率95%,20000h光通维持率84%,100000h光通维持率63%。

(6)良好的色彩还原性:在日常工作和生活中,除了达到“亮”的标准外,在许多应用场合还应该达到“真”的效果,也就是光源的显色性要高。无极灯的显色性CRI>80(Ra)。

(7)极高的光通量,以最少的电能得到最大的光效。

 3.2照明方式的选择

      工业企业建筑物照明,通常采用三种形式,即自然照明、人工照明和二者同时并用的混合照明。人工照明按灯光照明范围和效果,又分为一般照明、局部照明、综合照明和特殊照明。

      由于矿山巷道完全没有自然光,是一个狭长的运输地带,巷道中各部分功能相似,只有其两瑞(马头门和巷道顶端采集区域)需要加强照明,在巷道中我们采用一般照明的方法,分散布置光源的位置,两光源间距5m,且位于巷道中间顶部,这样可使整个巷道内光线均匀,避免因光线强度差异造成的眩光。

3.3照度的计算

      在满足了光、色、舒适节能等等要求后,作为光源,我们需要考量它的照度是否满足我们的要求:

经测量,鸡笼山某巷道截面成长方形,高3.5m,宽3m,光源悬挂于巷道中间正上方,离地面高度3m,在巷道中每5m放置一盏灯来实现照明效果,见图1。

     在光照环境下,A点是灯正下方的照度为各灯对该点的水平照度的总和。

4、照明改造的经济收益

       此次照明改造计划,对有些井下其中2630m巷道的白炽灯光源进行了更换,全部使用127V23W无极灯。这部分矿井均为24h照明,改造后节能对比如表1。

表1  照明改造后节能对比

     比较项目        原照明系统                        现照明系统

光源

原灯型及规格          数量          现灯型及规格         数量
127V100W白炽灯     526盏         127V23W无极灯      526盏

电费            1587.04元/月                   4965.02元/月

               259044.48元/年                 59580.24元/年

 维护费             5248.00元/年                    0.00元/年

合计费用           284292.48元/年                 59580.24元/年

节约费用                                          224712.24元/年
能耗                37872kw. h/月                   8710.56kw.h/年
                    454464kw. h/年                 10526.724kw. h/年
节约能耗                                          349937.28kw. h/年

(该地区工业用电0.57元/kw. h)

      可见,此次照明改造不仅对矿井的照明环境有很大改善,而且也带来了巨大的能源和经济收益,每年节约用电35万千瓦时,直接节约电费22万元多。

 

5、结语

      通过此次矿井照明的改善,工人的工作效率得到了提高,改善过的矿井平均日出产量提高了近10%,半年内也未出现过任何事故。可见,矿井照明对提高工人工作效率,减少矿山安全事故起着十分重要的作用。而事实上矿山照明长期来被人们忽视,井下照明光源老旧,照明方法单调,对矿井照明的作用缺乏研究等,这些因素导致了我国矿山安全事故频发,万人事故发生率居高不下,有愈发严重的趋势。充分认识照明对矿井安全的重要性,开展对矿井照明问题的研究,确定合理的矿井照明系统,可有效消除矿井中常见的安全事故,改善矿井的不安全现状,于此同时还能为企业带来巨大的经济和能源收益。



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