矿山接地系统及施工方法
技术领域
本发明涉及矿山作业电气设备领域，具体涉及到一种矿山接地系统及施工方法。
背景技术
在电力系统中, 若因电气设备绝缘下降或因绝缘击穿而发生漏电时，都会造成电气设备正常情况下不应该带电部分突然带电，或使低压电的部分突然变为高压电时，都会造成人身触电伤亡或烧毁电气设备的重大恶性事故。为了杜绝发生此类事故，国家相关部门规定需对电气设备采取IT、TT或TN等接地方式来形成有效保护。根据GB16423-2006金属非金属矿山安全规程,GB50070-2009矿山电力设计规范等相关国家规范规定，特别是矿山井下须采用IT接地方式对所有电气设备进行保护接地。
很多矿山开采需要在井下作业，不仅掘进段面多，范围大且港道长，配电、供电设备点多面广。井下空气湿度大，粉尘、积碳等因素不利于电气设备安全运行，诱发高压、低压电气设备漏电的可能性比较高。采取IT方式加以防范和保护是确保安全用电有效的必要基本手段，因此仅一个矿区接地网可达数万米甚至10多万米，井下配备的高压、低压电缆，中央变电站（所），变电峒室，配电柜，配电箱等电气设备数量庞大，为确保安全生产，接地系统投资巨大，给矿山企业造成较大的经济负担。由于井下多为岩石结构，没有土壤的地质条件，一是安装接地体难度大；二是安装了接地体接地电阻很难达到规范要求。部分矿区井下有主、 副水仓，在水仓中安装接地极存在较大的安全风险：一是水仓水位会变化，不足时或过低时，接地电阻会大大增加或接地失效；二是在高压电气设备（电缆）绝缘击穿时，由于水仓里的铁板是通过水将电能传入大地的，不是死接地，此时水仓里的水会带电，若此时水仓内或周围有人工作时，触电风险很大，若保护装置系统动作灵敏度差或拒动时，造成触电的风险更大。因此部分矿区采取地面安装接地体后引入井下，引入距离远需要消耗大量钢材、安装人力及设备，且受损断裂风险高，因引入距离远，投入巨资架设接地线，引入后接地电阻仍会超标，该现象是矿山行业，特别是井下作业矿山行业中长期存在的老大难问题，也是国家各级安全生产行政主管部门对矿山井下开采重要检查监督内容，为此引起的整改频繁，严重影响正常生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种矿山接地系统及施工方法，该系统适用于露天矿，特别是在矿山井下安装接地系统效果更加明显，解决了现有矿山由于没有土壤地址条件，安装接地体难度大，接地体接地电阻难以达到规范要求，安装成本较高，且存在触电危险的问题；具有安装成本低，布局合理、安装规范、供电可靠的特点，接地电阻值优良，且消除了漏电伤人或损坏设备的安全风险。
为实现上述设计，本发明所采用的技术方案是：一种矿山接地系统，包括井下巷道，井下巷道内开设有多个接地孔；接地孔开设在井下巷道的水沟旁以及边沟内；接地孔内设置有接地体。
优选的，接地体包括主接地体和局部接地体；主接地体设置于矿区中心辐射区。进一步地，主接地体由3个~15个接地孔组成。
优选的，局部接地体由1个~2个接地孔组成；局部接地体根据实际施工需要设置于中心辐射区以外的井下巷道中。
优选的，中心辐射区的数目不少于一个；井下巷道根据具体施工需求和电气设备分布量分隔成多个片区，每个片区均设置一个中心辐射区；中心辐射区到片区内各处电气设备的路径总长度最短。
优选的，接地孔的孔径为76mm~91mm；接地体的多个接地孔之间的孔距为3m~6m，孔深为5m~15m。
优选的，接地体包括接地孔内部填埋的导电介质组成的导电层，以及导电层内穿过的导电体。
进一步地，导电体选用镀锌扁铁或镀锌角钢等金属材料。
优选的，导电体底部与接地孔底部接触配合；导电体顶部高出接地孔上表面，高出部分长度大于50cm；多个导电体通过接电线与电气设备连接。
优选的，如上所述的矿山接地系统的施工方法，它包括如下步骤：
S1， 钻孔：首先对主接地体进行施工：在选定的中心辐射区的井下巷道边沟内进行钻孔，钻孔时3~5个为一组，先钻出一组接地孔，并对每个接地孔进行编号，记录钻孔过程中的涌水、失水、外漏、塌孔、掉块、卡钻、断裂构造、岩溶发育、岩性变化情况；孔位偏差不得大于0.5m，当孔段遇规模较大的断层、岩溶等地质缺陷时，重新调整孔位；钻孔过程中采取防斜措施，孔口至孔底斜偏差小于0.5m；
S2，冲洗：一组接地孔钻孔结束后，通过外接净水对接地孔内的残留岩粉进行敞开冲洗，待冲洗回水澄清后，继续冲洗10min；冲洗结束后测量并记录孔深，孔底残留物厚度不大于15cm；然后采用0.9MPa~1.2 MPa的高压水对接地孔内壁周围的裂隙进行脉动方式冲洗，高、低压脉动时间间隔为5min~10min；待冲洗回水澄清后，继续冲洗不少于10min，总冲洗时间不少于20min；冲洗完成后，在下道工序前采用盖板将孔口封闭；
S3，冲洗完成后进行压水试验：采用1.0 MPa~2.0MPa的压力水通入接地孔，压力水的水压与接地孔的孔深成线性比例关系；通水后每5min测读一次压入流量，取最近的连续四次读数进行记录；当四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min时，结束压水试验，取此时的流量值读数Q为最终值来计算岩体裂隙率q；
S4，灌入导电粉浆：采用内外管栓塞，孔内循环，自上而下或自下而上连续钻灌方法向接地孔内灌入导电粉浆，灌入压力为0.5Mpa~4Mpa；接地孔内不同高度分段灌浆，由下到上灌浆压力逐渐升高；当每段灌浆压力稳定时表明该段已灌满，灌满后保护压力稳定灌浆不小于5min，使导电粉浆充分渗透并填满接地孔周围的裂隙，形成树根状、以孔为中心向周围辐射的导电层；
S5，灌浆完成后，将导电体插入接地孔底部，多个导电体顶部通过绝缘电缆相互连接；通过电阻测试仪对完成施工的一组接地体进行接地电阻检测，根据检测结果，可选择增加第二组接地孔且调整第二组接地孔的孔深，重复S1~S5，直至接地电阻测试结果满足需求；
S6，采用接地线将矿区内电气设备连接至施工完成后的主接地体；对于距离较远的电气设备，就近布置局部接地体，将电气设备与局部接地体通过接地线连接；局部接地体的接地孔数目为1~2个，其余施工方法与主接地体的施工方法相同。
进一步地，导电粉浆为粒径小于80μm的导电粉或降阻剂与净水搅拌混合后的液体；导电粉浆包括浓度设置为1：10、1：6、1：4、1：3、1：2、1：1、1：0.8、1：0.6的多种浓度的溶液，灌浆时按先稀后浓进行灌注。
进一步地，所述步骤S5中导电体插入接地孔后，对接地孔的孔口进行密封，防止导电粉剂随流水带走。
本发明的有益效果为：
1，通过在井下巷道边沟内的岩体上开设接地孔，加压向孔内灌注导电粉浆，使导电粉浆充分渗透灌注到接地孔及周围的岩体裂隙中，利用导电粉浆形成的导电层和边沟内的潮湿环境，在没有土壤的井下巷道内创造出接地体，从而解决了接地体安装难度较大的问题。
2，导电层内部填埋有导电体，导电体顶部通过接地线与电气设备连接，使电气设备可以直接通过导体与大地连接，避免了通过水仓等进行接地时，电气设备与大地之间通过水仓内的间接连通，从而会因水位变化造成接地电阻变化的情况，以及水仓带电带来的安全隐患。
3，接地体由多个接地孔以及内部填埋物组成，在施工时分组进行施工，每组施工后进行接地电阻测试，通过测试值调整接地孔数量及深度，可以对该接地体的接地电阻进行较精细的调整。
4，通过分析采区电气设备数量和分布情况来安装主接地体，可以使区域内的电气设备与接地体连接的接地网线耗材最少，还能确保电阻值不会因接地网距离超长而超标；还能让井下接地母线、接地干线、接地支线及局部接地层次分明，形成布局合理、安装规范、接地可靠的接地系统；对于少数距离较远、位置偏僻的电气设备，可以通过同样的施工方法安装局部接地体，十分方便；相比于在地面安装接地体，再用超长距离引至井下的现有常用方法，本专利的接地系统成本大幅降低，且有效保证了优良的接地电阻，接地网线引入距离过长容易受损断裂，本系统布局合理距离短，检修更换的成本和难度也会大幅降低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明中主接地体的外部结构示意图。
图2为本发明中主接地体的主视剖面示意图。
图3为本发明中主接地体的俯视示意图。
图4为本发明中井下巷道中接地网线的分布图。
图5为本发明中井下巷道中电气设备与接地体连接的示意图。
图中附图标记为：井下巷道1，接地孔11，主接地体21，局部接地体22，中心辐射区3，导电层4，导电体5，电气设备6，接地母线7。
具体实施方式
如图1~图3中，一种矿山接地系统，包括井下巷道，井下巷道内开设有多个接地孔；接地孔开设在井下巷道的水沟旁以及边沟内；接地孔内设置有接地体。
在优选的方案中，接地体包括主接地体和局部接地体；主接地体设置于矿区中心辐射区，主接地体由3个~15个接地孔组成。
在优选的方案中，局部接地体由1个~2个接地孔组成；局部接地体根据实际施工需要设置于中心辐射区以外的井下巷道中。
在优选的方案中，中心辐射区的数目不少于一个；井下巷道根据具体施工需求和电气设备分布量分隔成多个片区，每个片区均设置一个中心辐射区；中心辐射区到片区内各处电气设备的路径总长度最短。
在优选的方案中，接地孔的孔径为76mm~91mm；接地体的多个接地孔之间的孔距为3m~6m，孔深为5m~15m。
在优选的方案中，接地体包括接地孔内部填埋的导电介质组成的导电层，以及导电层内穿过的导电体。
在优选的方案中，导电体选用镀锌扁铁或镀锌角钢等金属材料。
在优选的方案中，导电体底部与接地孔底部接触配合；导电体顶部高出接地孔上表面，高出部分长度大于50cm；多个导电体通过接电线与电气设备连接。
在优选的方案中，如上所述的矿山接地系统的施工方法，它包括如下步骤：
S1， 钻孔：首先对主接地体进行施工：在选定的中心辐射区的井下巷道边沟内进行钻孔，钻孔时3~5个为一组，先钻出一组接地孔，并对每个接地孔进行编号，记录钻孔过程中的涌水、失水、外漏、塌孔、掉块、卡钻、断裂构造、岩溶发育、岩性变化情况；孔位偏差不得大于0.5m，当孔段遇规模较大的断层、岩溶等地质缺陷时，重新调整孔位；钻孔过程中采取防斜措施，孔口至孔底斜偏差小于0.5m；
S2，冲洗：一组接地孔钻孔结束后，通过外接净水对接地孔内的残留岩粉进行敞开冲洗，待冲洗回水澄清后，继续冲洗10min；冲洗结束后测量并记录孔深，孔底残留物厚度不大于15cm；然后采用0.9MPa~1.2 MPa的高压水对接地孔内壁周围的裂隙进行脉动方式冲洗，高、低压脉动时间间隔为5min~10min；待冲洗回水澄清后，继续冲洗不少于10min，总冲洗时间不少于20min；冲洗完成后，在下道工序前采用盖板将孔口封闭；
S3，冲洗完成后进行压水试验：采用1.0 MPa~2.0MPa的压力水通入接地孔，压力水的水压与接地孔的孔深成线性比例关系；通水后每5min测读一次压入流量，取最近的连续四次读数进行记录；当四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min时，结束压水试验，取此时的流量值读数Q为最终值来计算岩体裂隙率q；
S4，灌入导电粉浆：采用内外管栓塞，孔内循环，自上而下或自下而上连续钻灌方法向接地孔内灌入导电粉浆，灌入压力为0.5Mpa~4Mpa；接地孔内不同高度分段灌浆，由下到上灌浆压力逐渐升高；当每段灌浆压力稳定时表明该段已灌满，灌满后保护压力稳定灌浆不小于5min，使导电粉浆充分渗透并填满接地孔周围的裂隙，形成树根状、以孔为中心向周围辐射的导电层；
S5，灌浆完成后，将导电体插入接地孔底部，多个导电体顶部通过绝缘电缆相互连接；通过电阻测试仪对完成施工的一组接地体进行接地电阻检测，根据检测结果，可选择增加第二组接地孔且调整第二组接地孔的孔深，重复S1~S5，直至接地电阻测试结果满足需求；
S6，采用接地线将矿区内电气设备连接至施工完成后的主接地体；对于距离较远的电气设备，就近布置局部接地体，将电气设备与局部接地体通过接地线连接；局部接地体的接地孔数目为1~2个，其余施工方法与主接地体的施工方法相同。
在优选的方案中，导电粉浆为粒径小于80μm的导电粉或降阻剂与净水搅拌混合后的液体；导电粉浆包括浓度设置为1：10、1：6、1：4、1：3、1：2、1：1、1：0.8、1：0.6的多种浓度的溶液，灌浆时按先稀后浓进行灌注。
在优选的方案中，所述步骤S5中导电体插入接地孔后，对接地孔的孔口进行密封，防止导电粉剂随流水带走。
实施例1：
如图4~图5中，一种矿山接地系统，包括井下巷道，井下巷道内根据电气设备分布情况分成4个主要片区，每个片区设置一个中心辐射区；中心辐射区到片区内各处电气设备的路径总长度最短，每个中心辐射区内均设置有一个主接地体，共4个主接地体；其余部分设置若干局部接地体。
所述主接地体由3个~15个接地孔组成。
所述局部接地体由1个~2个接地孔组成；局部接地体根据实际施工需要设置于中心辐射区以外的井下巷道中。
在优选的方案中，接地孔的孔径为80mm；接地体的多个接地孔之间的孔距为4m，孔深为12m。
在优选的方案中，主接地体和局部接地体均包括接地孔内部填埋的导电介质组成的导电层，以及导电层内穿过的导电体。
在优选的方案中，导电体选用镀锌角钢。
在优选的方案中，导电体底部与接地孔底部接触配合；导电体顶部高出接地孔上表面50cm；多个导电体通过接电线与电气设备连接。
在优选的方案中，如上所述的矿山接地系统的施工方法，它包括如下步骤：
S1， 钻孔：首先对主接地体进行施工：在选定的中心辐射区的井下巷道边沟内进行钻孔，钻孔时3个为一组，先钻出一组接地孔，并对每个接地孔进行编号，记录钻孔过程中的涌水、失水、外漏、塌孔、掉块、卡钻、断裂构造、岩溶发育、岩性变化情况；孔位偏差不得大于0.5m，当孔段遇规模较大的断层、岩溶等地质缺陷时，重新调整孔位；钻孔过程中采取防斜措施，孔口至孔底斜偏差小于0.5m；
S2，冲洗：一组接地孔钻孔结束后，通过外接净水对接地孔内的残留岩粉进行敞开冲洗，待冲洗回水澄清后，继续冲洗10min；冲洗结束后测量并记录孔深，孔底残留物厚度不大于15cm；然后采用高压水对接地孔内壁周围的裂隙进行脉动方式冲洗，高、低压脉动时间间隔为5min~10min；低压压力为0.9MPa，高压压力为1.2 MPa；待冲洗回水澄清后，继续冲洗10min，总冲洗时间不少于20min；冲洗完成后，在下道工序前采用盖板将孔口封闭；
S3，冲洗完成后进行压水试验：采用1.5MPa的压力水通入接地孔，通水后每5min测读一次压入流量，取最近的连续四次读数进行记录；当四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min时，结束压水试验，取此时的流量值读数Q为最终值来计算岩体裂隙率q；
S4，灌入导电粉浆：采用内外管栓塞，孔内循环，自上而下或自下而上连续钻灌方法向接地孔内灌入导电粉浆，灌入压力为0.5Mpa~4Mpa；接地孔内不同高度分段灌浆，由下到上灌浆压力逐渐升高；当每段灌浆压力稳定时表明该段已灌满，灌满后保护压力稳定灌浆不小于5min，使导电粉浆充分渗透并填满接地孔周围的裂隙，形成树根状、以孔为中心向周围辐射的导电层；
S5，灌浆完成后，将导电体插入接地孔底部，多个导电体顶部通过绝缘电缆相互连接；通过电阻测试仪对完成施工的一组接地体进行接地电阻检测，电阻检测显示电阻值超标40%；根据检测结果，增加第二组的3个接地孔，将第二组接地孔的孔深调整为14m，然后重复S1~S5，测得电阻值达标，此时完成接地体的安装；
S6，采用接地线将矿区内电气设备连接至施工完成后的主接地体；对于距离较远的电气设备，就近布置局部接地体，将电气设备与局部接地体通过接地线连接；局部接地体的接地孔数目为1个，其余施工方法与主接地体的施工方法相同。
在优选的方案中，导电粉浆为粒径为70μm的导电粉与净水搅拌混合后的液体；导电粉浆包括浓度设置为1：10、1：6、1：4、1：3、1：2、1：1、1：0.8、1：0.6的多种浓度的溶液，灌浆时按先稀后浓进行灌注。
在优选的方案中，所述步骤S5中导电体插入接地孔后，对接地孔的孔口使用黏土进行密封，防止导电粉剂随流水带走。
如图5所示，井下巷道内角落处的数个电气设备与该片区内的主接地体连接距离较远，故就近安装局部接地体，局部接地体开设一个接地孔，孔深调整为15m，安装后测得接地电阻值达标；其中接地母线通过接地支线（图中未画出）与电气设备连接。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
