煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值研究

Abstract

为防止煤矿井下无线设备发射的无线电波引起瓦斯爆炸，需限制煤矿井下无线电波的功率和能量。介绍了不同标准中规定的连续无线电波防爆安全功率阈值：① GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境 第1部分:设备 通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》参考了欧洲标准CLC/TR 50427:2004《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》的相关内容，省去了当爆炸性环境中不存在能作为接收天线的细长结构物体（如起重机）时，I类环境（代表性气体为甲烷）中连续无线电波防爆安全功率阈值为8 W这一条款，并不加区分地规定I类环境中连续无线电波防爆安全功率阈值为6 W；② 英国标准BS 6656:1991《Guide to prevention of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation》规定I类环境中连续无线电波工作频率大于30 MHz时，无论是否有起重机等细长环形结构物体，连续无线电波防爆安全功率阈值均为8 W；③ 英国标准BS 6656:2002《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》及欧洲标准CLC/TR 50427:2004均规定没有起重机等细长环形结构物体的I类环境中连续无线电波防爆安全功率阈值为8 W，有起重机等细长环形结构物体的I类环境中连续无线电波防爆安全功率阈值为6 W。分析了煤矿井下环境和设备特点：煤矿井下一般没有起重机；煤矿井下为受限空间，巷道较长，但巷道断面较小；沿巷道轴向敷设的电缆、水管、铁轨、钢丝绳、架空线、胶带架等轴向导体细长，但不会形成利于无线电波接收的环形天线；巷道工字钢支护等横向导体可以形成利于无线电波接收的环形天线，但工字钢导体截面大，不满足细长结构特征；综采工作面液压支架可以形成环形结构，但液压支架千斤顶将其分为多个环形结构，支架导体截面大，不满足细长结构特征。指出了煤矿井下连续无线电波防爆安全功率阈值没有执行6 W之前，漏泄、感应、透地、多基站等矿井无线通信系统已广泛应用煤矿井下，未见有引起瓦斯和煤尘爆炸事故的案例。因此，不加区分地将煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值定为6 W，缺乏理论分析和实验验证。特别是5G，WiFi6，UWB，ZigBee等矿用移动通信系统及人员和车辆定位系统工作频率较高，因此煤矿井下连续无线电波防爆安全功率阈值应为8 W