煤礦巷道固定照明燈節(jié)能優(yōu)化安置分析

余 旭，徐賓澤，羅 夏

（中國礦業(yè)大學(xué) 安全工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

1 引言

煤礦井下照明是礦井安全生產(chǎn)的重要保證，井下照明一般有兩種形式。一種是移動(dòng)式照明，如工人佩戴的礦燈；另外一種是固定式照明，比如一些主要巷道中的防爆熒光燈、白熾燈。我國目前在巷道固定照明安裝上隨意性較大，在生產(chǎn)安全和節(jié)能減排方面均有不少問題。

在我國煤礦井下主要運(yùn)輸巷道的照明燈具配置多熒光燈或者白熾燈,燈具規(guī)格多為20W。一盞20W的熒光燈,功電耗在25W左右，有的礦井安裝距離超過100m。其照度嚴(yán)重不符合國家礦山安全的規(guī)定，研究表明，工業(yè)場(chǎng)所照明質(zhì)量越差，事故發(fā)生率越高。所以在這種照明條件下，很容易發(fā)生事故。同時(shí)一旦發(fā)生事故也不適合人員的安全逃生。而有的礦井為保證安全，巷道照明中照明設(shè)備安裝分十幾種，井下大巷幾乎燈火通明。這對(duì)節(jié)能減排來說也是十分不利的。

所以文章將針對(duì)這些問題，提出一種井下巷道固定照明設(shè)備的優(yōu)化安置方案，既保證礦井的安全生產(chǎn)，又能取得良好的節(jié)能的效果。這對(duì)于我國的低碳經(jīng)濟(jì)是十分有利的。

2 我國煤礦井下照明標(biāo)準(zhǔn)

提倡井下照明節(jié)能是在保證井下工作對(duì)照明質(zhì)量的前提下，力求減少照明系統(tǒng)中能量損失，最有效地利用電能。按照《國家照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，照明設(shè)計(jì)取值單位是照明功率密度值（LDP），即是單位使用面積的照明總安裝功率密度（W/m2）。我國在《國家金屬非金屬礦山安全規(guī)程》中對(duì)井下固定照明做了相關(guān)要求，井下固定照明要滿足表1要求。

表1 井下固定照明及照度標(biāo)準(zhǔn)表

需要指出的是LDP及照度值和照明燈具種類、規(guī)格及安裝距離有關(guān)系，如照明燈具相隔100m,燈具采用300W白熾燈，經(jīng)計(jì)算井下LDP是1.2W/m2，如果采用65W的節(jié)能燈，40m間距安裝1個(gè)燈具，井下LDP是0.65W/m2,是原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的54%。所以在進(jìn)行優(yōu)化方案時(shí)要綜合考慮這三方面的結(jié)果。

3 巷道中熒光燈的優(yōu)化安置

數(shù)學(xué)模型是科學(xué)研究的重要手段，它能將實(shí)際問題簡(jiǎn)化上升到理論高度，以數(shù)學(xué)求解的方式，得出研究結(jié)果。在通過假設(shè)條件，建立數(shù)學(xué)模型，從而得到優(yōu)化結(jié)果時(shí)，作如下符號(hào)規(guī)定:P為熒光燈燈功率，h為燈的高度，r為熒光燈到任意一點(diǎn)的距離，L為巷道的寬度,C0為正常工作時(shí)的最小照明強(qiáng)度值，l為燈間距。

（1）兩盞熒光燈研究巷道中熒光燈之間最大的燈間距優(yōu)化方案。對(duì)于采用大功率長(zhǎng)距離照明時(shí)井下巷道固定照明可簡(jiǎn)化為圖1所示模型。燈間距優(yōu)化目的是在路燈之間的照明效果相同條件下，確定熒光燈之間的最佳距離l。

圖1 巷道井下照明簡(jiǎn)化圖

（2）巷道內(nèi)一排熒光燈優(yōu)化方案。對(duì)于采用小功率長(zhǎng)多盞燈同時(shí)照明時(shí)可以簡(jiǎn)化為圖2所示模型。其中，路燈B和C之間的路段，與中點(diǎn)Q相對(duì)的R點(diǎn)的照明強(qiáng)度最小，并且計(jì)算該點(diǎn)照明強(qiáng)度時(shí)，只需考慮燈A、B、C、D對(duì)其的影響，其他較遠(yuǎn)的路燈對(duì)其的影響可忽略。

圖2 巷道井下一排熒光燈照明簡(jiǎn)化圖

圖3 考慮邊界時(shí)燈間距確定模型

（3）考慮邊界時(shí)燈間距的確定。考慮邊界時(shí)燈間距的確定可根據(jù)以下模型進(jìn)行計(jì)算（見圖3）。

4 結(jié)論

文章從煤礦巷道節(jié)能燈安置的細(xì)節(jié)入手，在保障巷道內(nèi)正常的照明情況下，通過合理假設(shè)，科學(xué)論證，進(jìn)行優(yōu)化照明燈的安置位主要得到如下結(jié)論：

（1）通過建立數(shù)學(xué)模型，得到了井下照明采用大功率照明時(shí)，兩盞照明燈合理間距的計(jì)算方法。

（2）在得到兩盞燈合理間距計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，通過建立數(shù)學(xué)模型，得到了采用小功率熒光燈多盞燈同時(shí)照明時(shí)燈間距布局的計(jì)算方法。

（3）為避免井下照明留死角，建立了井下照明邊界確定的數(shù)學(xué)模型，并得到了合理的燈布局方法。