矿灯管理工教案

第一章 矿灯工操作规程

1.1使用前的工作

1、新到的矿灯和充电装置要认真查看零部件有无损坏、松动现象。

2、检查专用工具、备件是否齐全。

1.2初充电

1、新到的矿灯应进行2～3次循环充电。

2、将整流器接通电源，指示灯亮，调整电压为最低，接通充电回

路，充电指示灯应有偏转，注意充电指示灯器无反向。

3、关闭矿灯灯头开关，使灯熄灭。上架完毕后，调整电压，使电

压保持3.4～3.7V ，进行恒流充电。连续充电8小时，，初充电完毕后，进行放电11小时，电池电压不低于3.4V ，即可正常使用。

1.3日常充电

1、采用恒压并联充电法，充电电压为4～12V 。

2、矿灯充电时必须关闭灯头开关，使灯熄灭。

3、充电时间一般不超过8小时，当充电指示灯绿灯亮时，表示矿灯已经充满。矿灯必须能连续放电11小时以上。

4、当矿灯充满电处于绿色指示灯亮时，若大于48小时不使用，

将矿灯旋离充电座，以免影响矿灯使用寿命。

1.4充电注意事项

1、在充电过程中，由于充电电压比灯泡额定电压高，容易烧坏灯泡，因此，充电时应关闭灯头开关，使灯熄灭。

2、在初充电过程中，充电24小时后，各个电池的充电指示针应和指示表的指在同样的位置，都在1安培左右，如果有个别充电指示器的指针不动或相差太远应当检查各自接触情况。

3、有初充电前应做好准备，保证在初充过程中不中断充电电流，否则将影响电池的使用质量。

4、对一般经过正常放电的电池，在充电开始时，其充电电流为2安培左右。但由于放电情况不同，充电电流会有所差异，如果有个别电池的充电电流特别小，则应仔细检查充电回路内各接触点是否有毛病。

5、公休假日电池可能不拿下充电架，也不必把充电电路切断，不会引起过充电，同时由于电池放电情况不一样，可以利用公休假日的充电时间，进行一次“均衡充电”，以使各个电池达到相同的充电状态。

6、在充电过程中，如外电源突然被切断，应立即反悔线个灯的灯头向反时针方向旋转，切断充电电路，否则当交流电源切断后，

电池就会通过充电器放电。

7、硅整流器上的电压表每月须用标准电压表校验一次。

1.5日常使用时应注意事项

1、使用中不应过放电, 如经常过放电, 会降低电池使用寿命。

2、对已用过的矿灯停止使用一个月以上，每月进行一次日常充电，以保护电池。

3、硅整流器内应经常清理，保持清洁。

4、充电架各部分应保持清洁干净。

5、充电架上如漏有电解液，应立即清洗，充电架隔板上不应有污迹，以免使充电器及充电架隔板上皮板变质受损。

1.7调制电解液

1、配制电解液时，要戴好防护镜。应使用铅槽或瓷质耐酸槽，并应在耐温100℃以上，不得使用不耐酸的一般金属器具。配制时一定要将浓酸缓慢倒入蒸馏水中，切不可将蒸馏水倒入浓硫酸内，以防液体溅泼或者发生爆炸事故。

2、充电后电解液比重为1.28±0.01（30℃）稀硫酸。

七、补充蒸馏水和调电解液比重

在充电过程中，由于电解和蒸发，电池内蒸馏水将有所消耗，故应定期补充蒸馏水以免液面降至极板边缘以下，而降低电池寿命，连续使用的矿灯，每15天应补充一次蒸馏水。

1.8补充蒸馏水的工序

1、使用 柱搬手打开透气盖，取下垫圈和堵头。

2、将电池放直，用注液器将蒸馏水注入每个单体电池内，补到液面与注液口相平为止。

3、使用15天后，每个单体电池约耗水8--10毫升，在补水时每个单体电池应补入8--10毫升。

4、每三个月应正规地调整一次电解比重。

5、补充蒸馏水后，把外壳上的漏液擦干净，上好堵头、垫圈及透气盖，如电池补水次数过多，应仔细检查电池槽是否有破碎现象。

九、矿灯充电架硅整流器停送电要注意防止触电，检修充电架硅整流器要停电后方可进行。

第二章：原子分子离子基本知识

2.1原子的定义

原子 :构成化学元素的基本单元和化学变化中的最小微粒，即不能用化学变化再分的微粒。原子由带正电的原子核和带负电的核外电子组成，原子核非常小，它的体积约为整个原子体积的10-15，但原子质量的 99.95％以上都集中在原子核内。质量很小的电 子在原 子核 外的空间绕核作有规 律的高速运动，原子核和核外电子相互吸引，组成中性的原子。在科学昌盛的20世纪，科学家已经能够利用场发射显微镜直接观察到原子图像，这是证明原子存在的最有力的证据。

近代原子概念是在1803年由英国J. 道尔顿提出的，主要内容有

3点：① 一切化学元素都是由不能再分割、不能毁灭的微粒组成的，这种微粒称为原子。②同一种元素的原子的性质和质量都相同 ， 不同元素的原子的性质和质 量都不同。③两种不同元素的化合作用是一种元素的一定数目的原子与另一种元素的一定数目的原子结合而形成化合物的各个分子。自从放射性元素发现以后，原子是可以蜕变和分裂的，因此，道尔顿关于原子不可分割的说法应该加以修正，只能说在普通的化学反应中，原子不可分。同位素的发现也改变了同一种元素的原子的性质和重量都相同的说法，因为同一种元素的各种同位素的质量是不同的。1913 年英国 H.G.J. 莫塞莱提出原子序数概念，指出同一种元素的各原子的质量可能不等（ 即各同位素的质量可以不等 ，但它们的核电荷一定相等），由此可见，一种元素所有的原子的基本特征仍是原子序数。

2.2分子的定义

分子是独立存在而保持物质化学性质的最小粒子。

分子有一定的大小和质量；分子间有一定的间隔；分子在不停的运动；分子间有一定的作用力。

同种分子性质相同，不同种分子性质不同。最小的分子是氢分子，其相对分子质量为2，大的分子其相对分子质量可高达几百万以上。相对分子质量在数千以上的分子叫做高分子。

2.3离子的定义

离子是指原子由于自身或外界的作用而失去或得到一个或几个电子使其达到最外层电子数为8个或2个的稳定结构。这一过程称为电离。电离过程所需或放出的能量称为电离能。

在化学反应中, 金属元素原子失去最外层电子, 非金属原子得到电子, 从而使参加反应的原子带上电荷。带电荷的原子叫做离子，带正电荷的原子叫做阳离子，带负电荷的原子叫做阴离子。阴、阳离子由于静电作用而形成不带电性的化合物。

元素指自然界中一百多种基本的金属和非金属物质，它们只由一种原

子组成，其原子中的每一核子具有同样数量的质子，用一般的化学方法不能使之变得更为简单，并且单独地或组合地构成一切物质。是化学元素的简称。

第三章、电工学基本知识

1， 什麽叫电路？ 电流所经过的路径叫电路。电路的组成一般由电源，负载和连接部分（导线，开关，熔断器）等组成。

2，

3， 什麽叫电源？ 什麽叫负载？ 电源是一种将非电能转换成电能的装置。

负载是取用电能的装置，也就是用电设备。

连接部分是用来连接电源与负载，构成电流通路的中间环节，是用来输送，分配和控制电能的。

4， 电流的基本概念是什麽？

电荷有规则的定向流动，就形成电流，习惯上规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。电流方向不变的电路称为直流电路。

单位时间内通过导体任一横截面的电量叫电流（强度），用符号I 表示。

电流（强度）的单位是安培（A ），大电流单位常用千安（KA ）表示，小电流单位常用毫安（mA ）, 微安(μA) 表示。

1KA=1000A

1A=1000 mA

1 mA=1000μA

5， 电压的基本性质？

两点间的电压具有惟一确定的数值。

两点间的电压只与这两点的位置有关，与电荷移动的路

电压有正，负之分，它与标志的参考电压方向有关。

沿电路中任一闭合回路行走一圈，各段电压的和恒为1） 2） 3） 4） 径无关。

零。

电压的单位是伏特（V ），根据不同的需要，也用千伏（KV ），毫伏

（mV ）和微伏（μV ）为单位。

1KV=1000V

1V=1000 mV

1mV=1000μV

6， 电阻的概念是什麽？

导体对电流起阻碍作用的能力称为电阻，用符号R 表示，当电压为1伏，电流为1安时，导体的电阻即为1欧姆（Ω），常用的单位千欧（K Ω），兆欧（M Ω）。

1 MΩ=1000 KΩ

1 KΩ=1000Ω

7， 什麽是部分电路的欧姆定律？

流过电路的电流与电路两端的电压成正比，而与该电路的电阻成反比，这个关系叫做欧姆定律。用公式表示为 I=U/R 式中：I ——电流（A ）；U ——电压（V ）；R ——电阻（Ω）。 部分电路的欧姆定律反映了部分电路中电压，电流和电阻的相互

关系，它是分析和计算部分电路的主要依据。

8， 什麽是全电路的欧姆定律？

I

U R

图中r0是电源的内阻；当导线的电阻可以忽略不计时，负载电阻R 就是外电路的电阻；E 表示电源的电动势。S 表示开关；I 表示电流；U 表示电源两端的电压。

当开关S 闭和接通时，电路中将有电流流通，根据部分电路欧姆定律，在外电路负载电阻R 上的电阻压降等于I ×R=U，而在内电路中电源内阻r0上的电压降为U0=I×r0。

所以，全电路欧姆定律的数学表达式为：

E=U+ U0=IR+I r0 式中电流I=E/（R+ r0）

式中:E——电源电势（V ）；R ——外电路电阻（Ω）；r0——电源内阻（Ω）。

全电路欧姆定律的定义是：在闭合回路中，电流的大小与电流的电动势成正比，而与整个电路的内外电阻之和成反比。

换句话讲，IR=E－I r0，即 U= E－I r0，该式表明电源两端的电压U 要随电流的增加而下降。因为电流越大，电源内阻压降I r0也越大，所以电源两端输出的电压U 就降低。电源都有内阻，内阻越大，随着电流的变化，电源输出电压的变化也越大。当电源的内阻很小（相对负载电阻而言）时，内阻压降可以忽略不计，则可认为U= E －I r0≈E ，即电源的端电压近似等于电源的电动势。

9， 交流电的三要素是什麽？

最大值，周期（或频率），初相位。

第四章：煤矿安全规程中有关矿灯的检修及管理制度

第四百七十五条 矿灯的管理和使用应遵守下列规定：

（一）矿井完好的矿灯总数，至少应比经常用灯的总人数多10%。

（二）矿灯应集中统一管理。每盏矿灯必须编号，经常使用矿灯的人员必须专人专灯。

（三）矿灯应保持完好，出现电池漏液、亮度不够、电线破损、灯锁失效、灯头密封不严、灯头圈松动、玻璃破裂等情况时，严禁发放。发出的矿灯，最低应能连续正常使用11h 。

（四）严禁使用矿灯人员拆开、敲打、撞击矿灯。人员出井后（地面领用矿灯人员，在下班后），必须立即将矿灯交还灯房。

（五）在每次换班2h 内，灯房人员必须把没有还灯人员的名单报告矿调度室。

（六）矿灯必须装有可靠的短路保护装置。高瓦斯矿井应装有短路保护器。

第四百七十六条 矿灯房应符合下列要求：

（一）应用不燃性材料建筑。

（二）取暖应用蒸汽或热水管式设备。个别情况下，采用火炉取暖时，火炉间应有单独的间隔和出口。

（三）应有良好的通风装置，灯房和仓库内严禁烟火，并备有灭火器材。

充电装置应有可靠的充电稳压装置。

第四百七十七条 准备和装添电液必须使用专用器具。工作人员必须戴防护眼镜、口罩和橡胶手套，系橡胶围裙，穿胶鞋。

调合和贮存电液，必须使用有盖的瓷质、玻璃质等容器。调合酸性电液时，必须将硫酸徐徐倒入水中，严禁向硫酸中倒水。 房间内必须备有中和电液用的溶液。

第五章、矿灯行业的发展现状及常用类型

5.1矿灯行业的发展现状

我国矿灯行业从六十年代开始，由当时的上海煤研所和上海矿灯厂、抚顺矿灯厂联合研制8型矿灯进行起，至今已近五十年，经过几代研发人员的努力，对产品进行了不断改进和创新。回顾矿灯行业的发展史，大致经历了三个阶段：

六十年代初到七十年代末，是国产矿灯的起步和发展阶段，我国矿灯产品从无到有逐步发展壮大，结束了矿灯依赖国外进口的历史，主要生产KS8型及KS7型矿灯。

八十年代至九十年代，是矿灯的全塑化发展时期和灯头的双光源结构开发期。在这期间开发的全塑KS8(A)型单丝矿灯，其重量轻，结构简单，携带方便，受到广大煤矿职工的欢迎，得到了较大的推广。而双灯丝矿灯，由于增加了灯头的维护难度，加上价格因素的制约，并未形成气候。

九十年代后期至今，是矿灯的免维护化和矿灯的小型化及电源的多样化发展阶段。在矿灯电池的免维护化，电源的小型化、多样化方面进行了探索和试验，已取得一定成果，形成了镍氢矿灯、锂电矿灯等多种规格的系列产品。

由于受到煤矿特定使用环境的制约，镍氢矿灯、锂电矿灯虽然显示出了自身的优越性，但在安全性、可靠性方面还未完全达到煤矿井下的要求。

在国外，如美国、英国等国家，煤矿井下仍使用铅酸蓄电池矿灯。在光源方面，美国、英国等国家采用双灯丝结构；德国、俄罗斯采用双灯丝或双灯泡的结构。根据国外发展情况和我国煤矿实际预测，矿灯以免维护蓄电池为电源，以LED 为光源的技术方案，应为国内煤矿井下使用的矿灯产品近期发展趋势。

5.2矿灯的类型 现阶段煤矿使用的矿灯大至分为三类：铅酸电池矿灯、镍氢电池矿灯、锂电池矿灯。

普通铅酸矿灯的蓄电池极板是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。它的主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能) 、使用寿命短、日常维护频繁。

镍氢矿灯的镍氢电池是以镍镉电池技术为原型改进的，镉电极被储氢合金取代，应用在镍氢电池上。它的缺点是严重过放电、长期存放不用，电池自放电过大内部正负电极易造成短路。

锂电矿灯的锂电池大致为三类：一是钴酸锂电池；二是锰酸锂电池；三是聚合物锂电池。这三种电池都不同程度地存在着过充或过放所产生的爆炸问题，而钴酸锂电池因活性最高、体积小，安全性能最差。

随着科学技术的不断发展，新材料新技术取代传统材料和传统技术已成为必然趋势。我公司研制的节能型铅酸免维护矿灯，在结构上进行了彻底的改造，电池电解液消耗量非常小，在使用寿命内不需补充蒸馏水，耐震、耐高温、体积小、自放电小，使用寿命可达普通蓄电池的两倍。

5.3现阶段矿灯存在的不足

矿灯是矿工的眼睛，是其煤矿安全和生产的保障。根据现代化矿井发展的需要，利用新科技成果，开发新型矿灯是实现煤矿本质安全的必然要求。

矿灯的安全性和质量可靠性与煤矿安全生产息息相关。随着煤矿本质安全建设的不断深化，对矿灯也提出了更高的要求。矿灯的安全性、可靠性和便携性是每个煤矿职工的不懈追求。以镍氢电池、锂离子电池作为矿灯电源，实现了矿灯的便携性。但是，镍氢电池的记忆效应，也造成了使用上的不便，常常引起电池提前失效，一旦发生过

充电以后，就会形成单体电池隔板熔化的问题，导致整组电池迅速失效。如反极充电会造成电池内压升高，激活安全阀，使电池泄漏，甚至破裂。长期储存也会加速电池自放电和活性物质钝华。锂电池因热冲击安全性能不稳定，发生过锂电矿灯在井上充电爆炸、井下放电起火的案例。2006年8月，美国召回180万个苹果电脑，戴尔召回410万个笔记本电脑，都因锂电池充电时过热、有爆炸危险。目前，世界各国的煤矿井下很少有使用锂电池矿灯。

我国在贯彻CB7957-2003《矿灯通用安全要求》标准时，将新型矿灯理解为锂电矿灯是不科学的。按照煤矿本质安全的要求，新型矿灯应该是安全性、节能性和可靠性更符合煤矿安全生产要求的矿灯。

5.4问题的提出

针对以上存在的问题，我们设计一种符合煤矿本质安全要求，且重量轻、体积小、安全可靠的节能型免维护铅酸电池矿灯。

第六章 节能型免维护铅酸电池矿灯的结构

6.1节能型免维护铅酸电池矿灯的结构

节能型铅酸电池免维护矿灯是一种便携式移动照明设备，由灯头、电源和控制保护电路组成。灯头内设有主辅两个光源和光源驱动电路；电源包括阀控式铅酸蓄电池和电源管理器。见如下图1。

图1 节能型免维护铅酸电池矿灯结构及组成

1-电缆 2-电池槽盖 3-电池槽 4-电池管理器 5-安全阀 6-灯面玻璃

7-光源管理器 8-灯头盖 9-光源10-反射器 11-灯头壳

6.2节能型免维护铅酸电池矿灯的特点

节能型免维护铅酸电池矿灯采用的免维护密闭铅酸蓄电池，具有全密闭、免维护、体积小、重量轻、不漏液、寿命长、放电平稳、无气体析出等特点，提高了矿灯的防爆性能，确保了矿灯的本质安全。

该电池采用先进的工艺技术进行整体优化设计，使电池使用寿命可达500次。灯头光源采用节能的LED 冷光源，体积小，结构坚固，工作电压低，在寿命期内不需更换光源，节电效果明显，是公认的环保节能型光源。

6.3阀控式密封免维护铅酸蓄电池

采用专用阀控式密封免维护铅酸蓄电池（简称VRLA 电池）作为电源，其安全性、可靠性优于其它类型的蓄电池，其寿命周期内不需要补充电解液，降低了矿灯的维护费用和补充电费用，同时充电时没有酸雾，对人体和设备不构成危害和损害，是矿灯的首选电源。

a) VRLA电池的材料

VRLA 电池所用的材料没有产生火花与明火引发瓦斯气体爆炸的因素。VRLA 电池的主要材料是：

①铅及它的化合物PbO ，PbO 2 PbSO 4这些无机材料在常温下冲击，

摩擦都不产生火花，更不会产生明火。在高温（300℃～1200℃）不会燃烧。

②隔板用材料是纯度高的超细玻璃纤维组成的，它的主要化学成分是SiO 2，还有K ，Na ，Ca,Mg ，Ai ，Zn 元素的氧化物，在冲击摩擦

时，都不产生火花或明火，它的熔点在550℃左右。

③电解液是稀H 2SO 4，占重量的35%左右。它虽有腐蚀性，但没有

产生火花或明火的因素，使用时完全密封在电池槽内。

④电池槽护盖塑料件材料是ABS 树脂，它是高强度的绝缘材料，击穿电压12KV ～16KV/mm，阻燃性能达到UL94V-0，表面电阻﹥10.14Ω，抗拉强度633kg/cm2，抗弯强度749kg/cm2。此外，矿灯整体方案都按本质安全要求进行设计。

b) VRLA电池安全阀

电池设有安全阀，其作用是电池内压力大于60Kpa 时，将电池内的气体排出，低于22Kpa 时关闭。保证了VRLA 电池的安全性与可靠性。

c)VRLA 电池主要特性

①安全密封：在使用过程中，电解液不会从电池的端子或外壳中泄露出。

②没有自由酸：特殊的吸液隔板将酸保持在其内部，电池内没有自由酸液。

③泄气系统：电池内压超出正常水平后，VRLA 电池会放出多余气体并自动重新密封，保证电池内没有多余气体。

④维护简单：由于独一无二的气体复合系统使产生的气体转化成水，在使用VRLA 电池的过程中不需要加水。

⑤使用寿命长：采用了有抗腐蚀结构的铅钙合金栏板VRLA 电池可浮充使用10～15年。

⑥质量稳定，可靠性高：采用先进的生产工艺和严格的质量控制系统，VRLA 电池的质量稳定，性能可靠。电压、容量和密封在线进行100%检验。

d) VRLA电池结构

在电池中，一部分数量的电解液被吸收在极片和隔板中，以此增加负极吸氧能力，阻止电解液损耗，使电池能够实现密封。

第七章：光源设计及矿灯电路设计

7.1光源（灯头）的本安型设计

LED 早期被用来作为指示灯光源，现今LED 应用则相当广泛。LED 照明技术用在矿灯上，获得老式矿灯相同的照度，其所耗能量仅为白炽灯泡的1/8。其不漏气、不漏电的特性， 可达50000h 的使用寿命，对矿灯来说是最佳的选择。它为多年困扰我们的矿灯灯泡寿命短（标准规定>150 h ）的问题。GB7957 -2003《矿灯通用安全要求》标准的执行，使用LED 替代白炽灯泡成为了矿灯的新技术。

LED 发光效能高，发出的热量少，因而省电；LED 的光谱几乎全部集中于可见光频段，发光效率可达80%～90%，不像荧光灯那样耗能高，且产生有毒气体；LED 属于全固体冷光源，体积小，结构坚固，工作电压低，实验结果表明，在相同照明效果下LED 比荧光灯管节能60%，节电效果明显。LED 眩光小，无辐射，使用中不产生有害物质(荧光灯易挥发汞蒸汽) ，光谱中几乎没有紫外线和红外线，利于减缓被照物老化速度，是绿色环保无污染光源。

LED 光源技术最主要的优点是较高的防爆安全性。LED 光源工作时温度只有65度，光源器件采用完全封闭的封装，因此彻底消除了使用白炽灯泡可能引燃易爆气体的危险。

LED 光源输入端采用恒流驱动装臵，使LED 工作电流不随电池端电压的变化而变化，从点灯开始到点灯11小时的照度基本保持不变。

综上所述，节能型铅酸免维护矿灯选用新型矿灯专用LED 光源，设计专门的配光系统，不仅发光效率高，而且节能效果好。

7.2控制电路

该矿灯控制电路采用串联双保护电路，短路保护电流为≤1.5A ，短路时间在≤15ms 内安全地切断电源，电路板根据本质安全的要求，设计爬电的履铜皮间距、元器件引脚与履铜皮的间距，保证电路工作的绝对安全。

a) 控制电路功能

该电路采用先进的高效率、高稳定性、高集成的高频开关电源控制IC ，PWM 调制输出，性能稳定，温升低，采用高精度的恒流恒压控制电路，通过不同的程序可以对铅酸电池充电，具有充电恒流、过充停止等多种保护功能，最大限度延长电池寿命，有效的提高电池安全性。同时采用低内阻专用开关控制器对充电部分进行连接，当矿灯离开充电器（即充电器断电或从充电架上取下）充电控制部分会自动脱离电池，最大限度的增加产品的安全系数（此时充电电路不带电），减少电池的损耗。

b) 控制电路特点

灯头内设有充放电管理板，有效地保证了电池的充放电。充放电管理板具有以下特点：

①充电架的电压范围宽，该管理板可使用电压在5.0～6.5的矿灯充电架。

②当电池电压到4.8V ～4.9V 时，矿灯进入脉冲充电状态。 ③LED 主光源放电电流控制在155～160mA 的最佳工作电流内。 ④具有充电保护、欠压保护和放电限流的功能，保证正常充放电，延长了矿灯的使用寿命。

c) 技术参数

d) 产品外形

产品外形如下图2：

图2 灯头控制电路

e ）安装事项

输入端正极接在焊盘IN +，（直接螺丝固定），输入端负极接在IN-：

f ）主要技术参数

7.3使用范围和环境条件

节能型铅酸免维护矿灯为便携式照明工具，主要适用于煤矿井下照明，也可以用于矿山等需要移动的照明场所。

可以用于有甲烷、瓦斯等爆炸性气体的矿井，环境温度 -10℃～50℃。