LED照明在煤矿的应用

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　　摘要 我国许多煤矿巷道至今仍使用着最原始的白炽灯作为主要光源，不仅费电，而且具有显色性差、照度弱、寿命短等诸多缺点，严重影响了生产安全。本文对煤矿照明的现状进行了分析，并比较LED照明的优越性，提出煤矿应进行LED照明系统的改造。
　　1、引言 随着社会进步和科技技术的发展，全球能源短缺日趋严重。在此背景下，节约能源是我们未来面临的重要问题。在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，其显著的高效节能、寿命长等特点必然是未来照明发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代，其标志就是半导体灯将逐步替代白炽灯和荧光灯。照明对于煤矿行业来说起着举足轻重的作用。良好的井下照明，能为煤矿工人提供优质的作业环境，达到保障矿产质量，提高工作效率的效果，同时对于减少井下安全事故的发生也起到重要作用。国家安全生产管理办公室已下文要求所有煤矿全部使用LED矿灯。
　　 自1996年我国开始实施“绿色照明工程”以来，各行各业都开始实施绿色照明。为使我国矿井照明现代化，工矿企业也开始将“绿色照明” 的一般概念与矿井下的特殊照明技术结合起来，实施矿井绿色照明。但是，我国矿山众多，矿井照明的改善在大中型矿山内中实施的比较好，而一般的小型矿山由于各方面的原因，大多数都还在采用传统的照明方式。有些矿井深，巷道多，采用传统白炽灯作为主要照明光源，照度低，眩光强，工人长期在光线不足的环境下工作容易疲劳，工作效率极低，影响了生产安全性。由于矿山井下空间狭小，人流、物流、气流从同一通道出入，风管、水管、电缆遍布巷道，稍不注意，安全危害就会导致事故。因此，良好的照明条件是保障井下工人安全的首要条件，研究并确定合理的照明对减少矿山安全事故、提高劳动效率意义重大，而且还能达到节能的目的。 2、矿井照明的现状与存在的问题    良好的矿井照明，应该是在确保安全的条件下，根据矿石生产和职工生活的需要、生理卫生的要求，技术经济上的合理与可能，使设置的照明适合矿山特点、安全可靠、灵活经济。在量的方面，要求照度水平合适，便于控制调节以适应生产联系各个场所和统一场所不同时间的需要。在质的方面，要求照明的均匀性好，空间亮度分布合理，视看目标与背景（特别是工作面）的亮度比较合适，避免眩光，有良好的光色。     目前有些矿井下照明还停留在初级阶段，仍然使用第一代照明光源――白炽灯，这种光源发光效率低、发热温度高，寿命极短（平均只有500h）、红外线成份高、易受震动影响、色温低，带黄色、耗能大，不利于节能。这种简陋的照明环境对工人生产极为不利：（1）井下光线太弱，经测量平均照度只有3.91x。因空气质量太差，使透明度不好，工人对环境情况不清；（2）井下照明光线颜色选择不当。在无自然光的情况下，灰黄色的墙壁在白炽灯昏黄的光线下模糊不清，使工人对潜在的事故危险源观察不到，无法通过肉眼对岩石顶板和即将发生的冒顶进行辨识，进而采取有效的措施防范和避让；（3）井下照明灯具功率与周围环境不匹配，导致对可能坠落的岩石及暴露顶板或裂缝纵横交错的岩石缺乏细致的观察与判断；（4）由于井下环境造成的视觉差异，对于迫近的运动伤害缺乏准确的判断，存在视觉上的距离差，对静止的安全陷井无警觉感和预防意识。（5）井下场地狭窄，由于照明不足，单靠头戴矿灯，其光束只集射于直径不到1m的圆圈内，矿灯眩光强烈，彼此影响，极为不利。（6）白炽灯光效低，耗电量大，寿命短，造成能源和资金上的巨大浪费。    因此，为改变这种不利现状，要求采用光效高、寿命长、光色适宜、经济耐用而又可靠的光源；要求配用安全轻便、效高价廉、配光合理、互换性好和便于维修的灯具。3、LED（Lighting Emitting Diode）照明灯简介
　　 LED是一种将电能转化为可见光的半导体元件，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色发光的原理，采用电场发光，是一种冷光源，无频闪且色温可接近日光，被称为第四代照明光源或绿色光源。
　　 LED照明灯主要特点是：
　　 （1）高效节能：本项目产品采用直流驱动，超低功耗，电光功率转换接近100%。
　　 （2） 寿命长、免维护：LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时。
　　 （3）利于环保，无污染：由于光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源，故环保效益更佳。
　　 （4）反应速度快： LED灯的响应时间为纳秒级。
　　 （5）具有抗震性、密封性好的特点。
　　 （6）体积小，便于安装。
　　 （7）采用独特的恒压恒流电路设计来驱动LED光源，功耗低、亮度高。
　　 （8）灯具工作电压低、范围宽。
　　 （9）结构简单，维护量少、散热和防爆设计合理，安全性能好。
　　 4、煤矿照明系统中LED灯照明相对于白炽灯照明灯主要优点
　　 (1)LED照明灯寿命长。
　　 LED理论寿命可达10万小时，实际使用寿命超过5万小时。白炽灯平均寿命只有1000小时，其它光源的平均寿命只有3000~8000小时，远低于LED灯的寿命。LED寿命很长，不需要经常更换，可大大节省维护费用。
　　 (2)光效高，节电显著。
　　 普通白炽灯光效只有15Lm/w，而LED光效可达到200Lm/w，约为白炽灯的10倍以上，与同亮度的白炽灯相比，LED照明可节省80~90%的电能。
　　 如果井下照明的200W白炽灯换为30W的LED，每天照明24小时，按每度电0.5元计算，其一盏灯能耗对比如下表：
　　光源种类 功率(W) 每天耗电(度) 每年耗电(度) 一年电费(元)
　　白炽灯 200 4.8 1752 876
　　LED灯 30 0.72 262.8 131.4
　　两灯相差 170 4.08 1489.2 744.6
　　 可见，一盏灯一年可节约电费744.6元，两年节约电费就可将LED灯成本收回，若一个矿有500盏灯，则一年可节约电费372300元。
　　 (3)光通量稳定，不波动，无频闪效应危害。
　　 光源频闪超过一定范围后，在灯光下将产生视觉疲劳，长春视觉疲劳会损伤人的视觉系统，日光灯、白炽灯、高压汞灯、钠灯等采用交流电源供电，光通量的波动深度在55%~65%，波动频率为100周，频闪效应危害极大。LED照明灯采用恒定直流电流驱动，不会产生任何频闪，对人体没有任何危害。
　　 (4)显色性能好，不会产生色偏。
　　 显色性表示光对颜色的还原程度。在显色性较低的灯光下(一般日光灯显色指数为60~70)看东西眼睛对颜色的分辨能力低，易造成视觉疲劳。绿色照明灯要求显色指数大于85，LED照明完全满足绿色照明灯要求。
　　 (5)供电电压低。
　　 白炽灯一般采用交流220V电源供电，而LED采用低压直流电源供电，工作电压在6～24 V之间，比使用高压电源更为安全、经济。应用于煤矿井下能有效保护井下作业人员的视力；可以完全避免因普通照明灯引发的瓦斯爆炸事故。
　　 (6)多种LED灯应用，满足安全生产需要。
　　 在矿井中，可以安装超高亮白光LED灯带提供坑道照明；还可以间插安装红、绿、黄、橙色LED用于标志间隔距离、监测点、岔道、安全撤离路线、预警、报警等信息；可以在坑道内间隔适当距离配置蓄电池后备电源，即便出现塌方事故轧断照明通信线路，也可以确保局部照明与LED指示信息，帮助井下人员逃生。

　　 5、结束语
　　 煤矿LED照明的应用，可以大大改善矿井照明和工人作业环境，减少安全事故发生，提高工人工作效率；相比白炽灯可节约电能达80%以上，大大节约电能及电费开支；LED照明寿命长，可达50000小时以上，可增强照明可靠性和减少照明系统维护量；LED照明还有许多优点，随着LED照明技术快速发展，LED照明应用优势更加显现。应在煤矿大力推广LED照明系统的应用。
　　摘要 我国许多煤矿巷道至今仍使用着最原始的白炽灯作为主要光源，不仅费电，而且具有显色性差、照度弱、寿命短等诸多缺点，严重影响了生产安全。本文对煤矿照明的现状进行了分析，并比较LED照明的优越性，提出煤矿应进行LED照明系统的改造。
　　1、引言 随着社会进步和科技技术的发展，全球能源短缺日趋严重。在此背景下，节约能源是我们未来面临的重要问题。在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，其显著的高效节能、寿命长等特点必然是未来照明发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代，其标志就是半导体灯将逐步替代白炽灯和荧光灯。照明对于煤矿行业来说起着举足轻重的作用。良好的井下照明，能为煤矿工人提供优质的作业环境，达到保障矿产质量，提高工作效率的效果，同时对于减少井下安全事故的发生也起到重要作用。国家安全生产管理办公室已下文要求所有煤矿全部使用LED矿灯。
　　 自1996年我国开始实施“绿色照明工程”以来，各行各业都开始实施绿色照明。为使我国矿井照明现代化，工矿企业也开始将“绿色照明” 的一般概念与矿井下的特殊照明技术结合起来，实施矿井绿色照明。但是，我国矿山众多，矿井照明的改善在大中型矿山内中实施的比较好，而一般的小型矿山由于各方面的原因，大多数都还在采用传统的照明方式。有些矿井深，巷道多，采用传统白炽灯作为主要照明光源，照度低，眩光强，工人长期在光线不足的环境下工作容易疲劳，工作效率极低，影响了生产安全性。由于矿山井下空间狭小，人流、物流、气流从同一通道出入，风管、水管、电缆遍布巷道，稍不注意，安全危害就会导致事故。因此，良好的照明条件是保障井下工人安全的首要条件，研究并确定合理的照明对减少矿山安全事故、提高劳动效率意义重大，而且还能达到节能的目的。 2、矿井照明的现状与存在的问题    良好的矿井照明，应该是在确保安全的条件下，根据矿石生产和职工生活的需要、生理卫生的要求，技术经济上的合理与可能，使设置的照明适合矿山特点、安全可靠、灵活经济。在量的方面，要求照度水平合适，便于控制调节以适应生产联系各个场所和统一场所不同时间的需要。在质的方面，要求照明的均匀性好，空间亮度分布合理，视看目标与背景（特别是工作面）的亮度比较合适，避免眩光，有良好的光色。     目前有些矿井下照明还停留在初级阶段，仍然使用第一代照明光源――白炽灯，这种光源发光效率低、发热温度高，寿命极短（平均只有500h）、红外线成份高、易受震动影响、色温低，带黄色、耗能大，不利于节能。这种简陋的照明环境对工人生产极为不利：（1）井下光线太弱，经测量平均照度只有3.91x。因空气质量太差，使透明度不好，工人对环境情况不清；（2）井下照明光线颜色选择不当。在无自然光的情况下，灰黄色的墙壁在白炽灯昏黄的光线下模糊不清，使工人对潜在的事故危险源观察不到，无法通过肉眼对岩石顶板和即将发生的冒顶进行辨识，进而采取有效的措施防范和避让；（3）井下照明灯具功率与周围环境不匹配，导致对可能坠落的岩石及暴露顶板或裂缝纵横交错的岩石缺乏细致的观察与判断；（4）由于井下环境造成的视觉差异，对于迫近的运动伤害缺乏准确的判断，存在视觉上的距离差，对静止的安全陷井无警觉感和预防意识。（5）井下场地狭窄，由于照明不足，单靠头戴矿灯，其光束只集射于直径不到1m的圆圈内，矿灯眩光强烈，彼此影响，极为不利。（6）白炽灯光效低，耗电量大，寿命短，造成能源和资金上的巨大浪费。    因此，为改变这种不利现状，要求采用光效高、寿命长、光色适宜、经济耐用而又可靠的光源；要求配用安全轻便、效高价廉、配光合理、互换性好和便于维修的灯具。3、LED（Lighting Emitting Diode）照明灯简介
　　 LED是一种将电能转化为可见光的半导体元件，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色发光的原理，采用电场发光，是一种冷光源，无频闪且色温可接近日光，被称为第四代照明光源或绿色光源。
　　 LED照明灯主要特点是：
　　 （1）高效节能：本项目产品采用直流驱动，超低功耗，电光功率转换接近100%。
　　 （2） 寿命长、免维护：LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时。
　　 （3）利于环保，无污染：由于光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源，故环保效益更佳。
　　 （4）反应速度快： LED灯的响应时间为纳秒级。
　　 （5）具有抗震性、密封性好的特点。
　　 （6）体积小，便于安装。
　　 （7）采用独特的恒压恒流电路设计来驱动LED光源，功耗低、亮度高。
　　 （8）灯具工作电压低、范围宽。
　　 （9）结构简单，维护量少、散热和防爆设计合理，安全性能好。
　　 4、煤矿照明系统中LED灯照明相对于白炽灯照明灯主要优点
　　 (1)LED照明灯寿命长。
　　 LED理论寿命可达10万小时，实际使用寿命超过5万小时。白炽灯平均寿命只有1000小时，其它光源的平均寿命只有3000~8000小时，远低于LED灯的寿命。LED寿命很长，不需要经常更换，可大大节省维护费用。
　　 (2)光效高，节电显著。
　　 普通白炽灯光效只有15Lm/w，而LED光效可达到200Lm/w，约为白炽灯的10倍以上，与同亮度的白炽灯相比，LED照明可节省80~90%的电能。
　　 如果井下照明的200W白炽灯换为30W的LED，每天照明24小时，按每度电0.5元计算，其一盏灯能耗对比如下表：
　　光源种类 功率(W) 每天耗电(度) 每年耗电(度) 一年电费(元)
　　白炽灯 200 4.8 1752 876
　　LED灯 30 0.72 262.8 131.4
　　两灯相差 170 4.08 1489.2 744.6
　　 可见，一盏灯一年可节约电费744.6元，两年节约电费就可将LED灯成本收回，若一个矿有500盏灯，则一年可节约电费372300元。
　　 (3)光通量稳定，不波动，无频闪效应危害。
　　 光源频闪超过一定范围后，在灯光下将产生视觉疲劳，长春视觉疲劳会损伤人的视觉系统，日光灯、白炽灯、高压汞灯、钠灯等采用交流电源供电，光通量的波动深度在55%~65%，波动频率为100周，频闪效应危害极大。LED照明灯采用恒定直流电流驱动，不会产生任何频闪，对人体没有任何危害。
　　 (4)显色性能好，不会产生色偏。
　　 显色性表示光对颜色的还原程度。在显色性较低的灯光下(一般日光灯显色指数为60~70)看东西眼睛对颜色的分辨能力低，易造成视觉疲劳。绿色照明灯要求显色指数大于85，LED照明完全满足绿色照明灯要求。
　　 (5)供电电压低。
　　 白炽灯一般采用交流220V电源供电，而LED采用低压直流电源供电，工作电压在6～24 V之间，比使用高压电源更为安全、经济。应用于煤矿井下能有效保护井下作业人员的视力；可以完全避免因普通照明灯引发的瓦斯爆炸事故。
　　 (6)多种LED灯应用，满足安全生产需要。
　　 在矿井中，可以安装超高亮白光LED灯带提供坑道照明；还可以间插安装红、绿、黄、橙色LED用于标志间隔距离、监测点、岔道、安全撤离路线、预警、报警等信息；可以在坑道内间隔适当距离配置蓄电池后备电源，即便出现塌方事故轧断照明通信线路，也可以确保局部照明与LED指示信息，帮助井下人员逃生。
　　 5、结束语
　　 煤矿LED照明的应用，可以大大改善矿井照明和工人作业环境，减少安全事故发生，提高工人工作效率；相比白炽灯可节约电能达80%以上，大大节约电能及电费开支；LED照明寿命长，可达50000小时以上，可增强照明可靠性和减少照明系统维护量；LED照明还有许多优点，随着LED照明技术快速发展，LED照明应用优势更加显现。应在煤矿大力推广LED照明系统的应用。
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