浅析本安型锂离子LED 矿灯

潘 蕊 曹 岳 苗一飞 西安重装渭南光电科技有限公司 陕西渭南 714000

【文章摘要】

通过对矿灯现状的分析及新标准的学习, 了解本质安全型锂离子LED 矿灯，介绍了锂离子电池组、LED 光源的特点以及应用在本安型矿灯上需要改进的事项，进而明确新标准对本安型矿灯性能的特殊要求，以便本安型矿灯的研发设计。

【关键词】

本安型；锂离子电池；LED

1 矿灯的现状分析

1.1 新标准的执行

为进一步的保障我国矿灯使用的安全性和质量，从而最大限度的减少安全隐患，我国相关机构先后制定了统一的国家标准和行业的标准。如我国相继颁布和执行的GB7957-1987《矿用安全帽灯》、GB7957—2003《矿灯安全性能通用要求》、MT26《KS 型矿灯》煤炭行业标准、MT242 《KJ 型矿山》煤炭行业标准、MT927— 2004《KL 型矿灯》煤炭行业标准等，都对我国煤炭安全进行了进一步的规范。最新的矿灯标准MT 1162.1 ～ 4-2011《矿灯 第1 部分：通用要求》、《矿灯 第2 部分：KS 型矿灯》、《矿灯 第3 部分：KJ 型矿灯》和《矿灯 第4 部分：KL 型矿灯》标准已于2012 年5 月31 日起实施。

1.2 国内外矿灯现状

目前，我国煤矿使用的矿灯按照所使用蓄电池的性质划分主要有KS 型矿灯( 酸性矿灯)、KJ 型矿灯（碱性矿灯）和KL 型矿灯（锂电池矿灯）；也可以分为KS 型矿灯、KJ 型矿灯、KL 型矿灯、信息矿灯、甲烷报警矿灯；矿灯光源多采用LED 半导体发光二极管。

在国外，英美等国的煤矿目前基本使用免维护铅酸蓄电池矿灯，德国、俄罗斯、日本等国有的煤矿使用免维护的碱性蓄电池矿灯；在光源方面，采用双灯丝或双光源结构，有的采用溴钨灯泡，也有的应用LED 光源[1]。

通过对瓦斯爆炸矿难事故的调查和统计得知，有相当部分的矿难是由矿工随身携带使用的矿灯引起的，其矿灯失爆的原因，主要是主要零部件灯头、电缆和电池等部件未能从根本上解决失爆问题，未能达到本质安全性能要求。

2 LED 光源和锂离子电池

2.1LED 光源

LED 光源具有较高的防爆安全性，其采用低电压条件下的离子阱发光技术，工作时的温度释放非常低。光源器件采用完全封闭的封装形式，无论何时都不会把光源内部的电极直接裸露在外界环境中，从根本上杜绝了可能引燃易燃易爆气体的危险。LED 光源是一种新的技术类型, 在显现独特优点的同时, 也提出了必须相伴的附加条件：LED 光源要求有较为严格的恒流供电和温度控制条件。另外，由于LED 器件技术条件的限制，在选用LED 时色温比较理想范围为5500K 左右。

2.2 锂离子电池

锂离子电池体积小、重量轻、能量比高、自放电电流小、无记忆效应、无环境污染和成本低等优点。

3 本安型LED 矿灯

本安型防爆保护措施主要是限制电路中的电压、电流和最大功率，本安型LED 矿灯的核心就是限制输出电流和能量，避免点燃可燃性气体。如图1 就是本安型LED 矿灯的基本原理框图。

根据最新的矿灯标准MT1162-2011 和检测机构对产品的要求，对于本安型矿灯提出了以下几点要求：

（1）保护级别：一般要求Ma 级，即满足“ia”要求，防爆等级也就是Exia ；

（2）保护方式：一般采用保护器、保护板、PTC（或PTC、限流电阻）的方式组成本安保护装置，已满足安全性能；

（3）电池组胶封：宜使用无腐蚀性软胶的预胶封方式，胶封厚度不小于3mm， 但电池泄气阀不胶封，即保证由上盖、电池槽等构成的壳体内压力不超于30kPa ；

（4）充电电路：由于本安保护增加了约0.5Ω 的阻值，因而应该变充电参数或方式以保证充电时间不超过10h。

3.1 本安参数的估算

根据本安型矿灯要求电池输出最大电压和瞬态电流乘积不超过33W，才能保证火花点燃的符合性。据此估算本安参数，如锰酸锂离子蓄电池最大输出电压4.2V，则最高电流为7.8A，那么最小限流电阻即为0.54Ω。

3.2 本安电路中对锂电池的要求

为避免产生爆炸等问题，对其中的锂电池也做出了进一步的规范：首先，其输出端方面要加合适的限流电阻，一笔保证其输出为本安的特性；其次，采用2 个阻塞的二极管作为其限流的电阻，以此确保其电流回流回锂电池当中；再次则是在本安电路设计中存在可以产生辅助电流的倒极性电源, 可在限流电阻和阻塞二极管后面的锂电池输出端再连接2 个并联二极管用来分流。

根据MT1162.4-2011 中6.4 要求锂离子蓄电池性能按 MT/T1051-2007 的规定进行试验，但是如果矿灯制造商提供的锂离子蓄电池性能检验报告符合要求，可以不进行试验。即就是KL 型矿灯锂离子蓄电池应符合MT/T1051-2007 标准，并提供有关检验机构的检验报告，报告的签发日期于提交申请日期不超过3 年，其申报企业提供满足MT/T1051 中七项安全性能的本批次电池的入场检验报告。

3.3LED 光源

在新的矿灯标准MT1162.1-2011 通用要求中，对矿灯的光源组件做出了明确的规定：主光源和辅助光源使用的LED 光源应符合MT/T1092 的要求。通用要求中也对发光强度进行规范：在有效工作时间结束时，装配完整的灯头主光源发光强度在正常照射方向应发射出最少1cd 的锥形光。该锥形光垂直向上不小于30o，垂直向下不小于60o，水平方向每边不小于45o。

MT1162.1-2011 通用要求6.13 要求LED 光源按MT/T1092 的规定进行试验。但若矿灯生产单位能提供符合要求的证书或报告，可以不进行试验。与此同在，在安全标志现场评审中，关于新标准提出的有效工作时间、发光强度和蓄电池槽内部压力暂不进行考核，但是作为矿灯生产企业，可以未雨绸缪，在这方面多做考虑。

4 本安型矿灯性能的特殊要求

本安型矿灯性能在满足矿灯通用要求和KL 矿灯要求的基本条件下本安参数在最高输出电压和最大输出电流的范围内，同时还要满足绝缘电阻、工频耐压、火花试验、交变湿热试验，对于电池电解液泄露和表面温度的测试有待测试机构进一步确认是否有必要进行。

5 结语

在目前的技术条件下，只有选用LED 光源和锂离子蓄电池组合成的本安型矿灯，才能消除矿灯存在的安全隐患，达到本质安全的要求。因而，本安型锂离子LED 矿灯将在今后一段时间内占据主导地位，这也将会给矿工的人身安全带来很大的保障。

【参考文献】

[1] 孙继平. 《煤矿安全规程》电气部分修订意见[J]. 工矿自动化,2014,04:1-5.

[2] 荣佳, 胡双启, 周温, 田丹青. ZYBG 型矿用瓦斯输送管道自动抑爆装置研制[J]. 工矿自动化,2014,08:78-81.

[3] 李方儒, 车延武, 刘春富, 臧才运, 张勇. Ma 级本质安全型矿灯设计与制造[J]. 煤矿安全,2013,03:132-135.

[4] 陈国香. 浅谈本质安全型矿灯[J]. 煤炭科技.2012.1:19-21.016