浅析煤矿井下杂散电流的危害及防治方法

王占奎

（山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司，山西 高平 048400）

1 杂散电流的概念和产生条件

1.1 杂散电流的概念

不在既定的电路中流动的电流称为杂散电流。当电流流经电路时，有少量电流从电路中逸散出来，流到了电路之外的其他设备或者流到了与电路接触的土壤之中最后回到交变所，这部分电流就称为杂散电流。

1.2 杂散电流的产生条件

电路中会产生杂散电流，尤其是煤矿井下的直流驱动电机车电路，由于铁轨与土壤接触，不可避免地会产生杂散电流。

根据物理电学，要产生电流，就必须有电位梯度，存在电场，使得电子或离子开始运动。当铁轨与土壤之间存在电位梯度时，部分电流就会从铁轨流入到与之接触的土壤，再流回变电所的负极。由此，杂散电流形成的两个原因是电位梯度和电流泄漏。如果电路范围内存在电位梯度，导致电场不是均匀地分布于电路，不均匀电场驱动自由电子移动，产生杂散电流。有的埋地管道绝缘线做的不够好，或者时间长了发生腐蚀，导致绝缘性能下降，这时，一部分电流从导线中流到埋地管道，形成杂散电流。

2 杂散电流的危害机理探究

杂散电流是正常电路中逸散的多余的电流，这部分电流通常会对正常生产造成不可控的负面影响。最直接的危害是对电缆的腐蚀，另外由于杂散电流可能产生电火花，对于瓦斯矿井来说，这是非常危险的。杂散电流的危害多种多样，且一旦产生危害，便会产生经济损失甚至发生事故伴随人员伤亡。杂散电流的危害有如下几点：

2.1 杂散电流的腐蚀性

（1）杂散电流会腐蚀走行轨。由于走行轨不可能完全绝缘，必然会有部分电流流到土壤中形成杂散电流，这部分电流会对轨道产生腐蚀，这种腐蚀在隧道或者岔道等地点最显著。

（2）杂散电流会腐蚀煤矿井下的电缆。电缆容易产生杂散电流，易被腐蚀。

（3）杂散电流会破坏钢筋混凝土结构，究其原理，也是由于杂散电流对金属的腐蚀作用造成的。钢筋混凝土中电流流入端的钢筋可看作阴极，流出端看作阳极，阴极会发生析氢反应，阳极会发生腐蚀生锈。由于阴极的析氢反应产生氢气聚集在钢筋周围无法排出，产生一定的气压，使得钢筋脱离混凝土；阳极的锈蚀会使得钢筋体积增大，撑裂钢筋混凝土，阴阳两极的钢筋就以这种方式被杂散电流腐蚀，进而造成混凝土结构的破坏。

2.2 造成电雷管早爆现象

一般电雷管的引爆电压是1～1.5V，而煤矿井下的杂散电流很容易达到300mA，这会使得轨道与大地或者电缆与大地之间的电压达到1.5V甚至更高，若此时电雷管正好安装在附近，且其放炮导线与电缆或者轨道接触了，另一根接地，就很容易引起电雷管的爆炸，从而导致井下爆炸事故，严重危害到矿工生命安全。

2.3 引起矿井瓦斯或煤尘爆炸

杂散电流通过的路径多样化，有的在导轨与钢丝之间流过，此时由于尖端放电效应，容易产生电火花，可点燃瓦斯或者煤尘，从而引发爆炸，造成矿井设施毁坏或人员伤亡。

2.4 干扰通信设备和电气设备的正常工作

杂散电流产生的电磁场会形成杂波，干扰周围的通信设备，使其不能正常接收信号，比如造成阴极保护电位仪报警，产生误动作。

杂散电流经过继电器时，与原来的电流合并，使得电流比理论上的更大，导致漏电保护装置判断失误，自动断电，这就是误动作的形成机理。

3 杂散电流的防治方法探究

杂散电流在生产中不可完全杜绝，但是可以通过各种方式进行削弱或者预防，减轻杂散电流造成的危害。因此对杂散电流的防治工作要从“削弱”和“预防”两方面着手。

3.1 削弱杂散电流

在煤矿井下的杂散电流应该保持在一定的电流阈值之内，保证生产的安全，具体根据《煤矿井下牵引网络杂散电流防治技术规范》规定地点的杂散电流值应不大于60mA。

研究发现，要削弱杂散电流，可以通过以下几种方法：

（1）在煤矿井下架设电线时，每隔500m就设置绝缘开关。对于双弓电机车，架线要设置两个绝缘处，间距大于电车双弓之间的间距。

（2）严格按照规范架设电线，每个矿井都要设置单独的直流供电系统，不可一对多的供电；牵引变流所的正极馈电线接架线，负极经回电线接轨道，当有多个牵引变流所同时供电时，要用同极相连的方式连接。

（3）电机车运行时牵引网络的电压降不得超过电机车额定电压20%。

（4）减小供电半径，一般牵引变流所的供电半径不宜超过1.5km。随着供电半径的增加，杂散电流也随着增大，因此减小供电半径能有效降低杂散电流。

（5）在架设轨道时，在两根轨道的连接处是电阻最大的地方，也是最易产生杂散电流的地方，使用扁钢焊接，能减少轨道电阻，从而削弱杂散电流。

3.2 预防杂散电流

图1 杂散电流测量仪的连接方法

预防也是治理的一种有效方式，也能在一定程度上降低杂散电流造成的安全事故。在煤矿井下作业中，安装杂散电流测定仪与矿井环境监测系统，通过监测结果来判断杂散电流是否超标，一旦发现杂散电流超标，应立即采取应急措施。

图1为牵引电网的杂散电流仪的连接方法，这样连接能有效减少误差。

4 结语

杂散电流是煤矿井下作业电路中常见的安全隐患，在驱动电机车的架线电路的直流电路以及其他设备的交流电路中都会产生杂散电流。杂散电流会造成金属腐蚀，引爆电雷管以及产生电火花引燃瓦斯产生爆炸等危害。防治杂散电流要 “削弱”和“预防”结合，可以通过科学的布线方式和减小线路中的电阻来削弱杂散电流，通过安装杂散电流测定仪来实时监控杂散电流的大小，防患于未然。