煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值研究

摘要

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:①GB/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。