矿用防爆电动执行器：瓦斯环境下的“安全之手”

如何让阀门既能远程操控，又不成为点燃源？答案藏在“矿用防爆电动执行器”里。它把电机、电控、减速、传感全部装进一只承压“铁盒”，在0.5 s内完成启闭的同时，确保内部爆炸不外泄。2025版《煤矿安全规程》已明确：井下瓦斯抽采、排水、通风三大系统必须采用“Ex d I Mb”级隔爆执行器。本文结合最新MA（煤安）认证产品数据，系统梳理其技术原理、结构特点、选型要点与未来趋势，为矿山自动化改造提供一份可落地的“安全指南”。

一、技术原理：隔爆+增安+本安的三重守护

GB 3836.1/2将爆炸性气体环境分为0、1、2区，煤矿井下属于最严苛的I类0区。矿用防爆电动执行器采用“隔爆外壳+本质安全电路”复合方案：

1.隔爆“d”：外壳采用高强度QT500-7球铁或304不锈钢，最小壁厚8 mm，能承受1.5 MPa内部爆炸压力，火焰通过30μm级精密加工接合面被冷却至引燃温度以下；

2.增安“e”：电机接线盒、按钮等裸露导体采用增安型密封，防护等级IP65–IP68，1 m水深72 h不进水；

3.本安“i”：位置反馈、扭矩检测回路限制能量≤1.5 W，即使短路也点不燃瓦斯，实现“带电维护”。

通过“三安合一”，设备可在-20℃、95%RH、含硫0.3%的恶劣巷道中连续运行10 000次免大修。

二、结构组成：把“电机”塞进防爆壳

以主流ZB60系列为例，整机由六大模块嵌套而成：

-隔爆电机：YBDF2-4-60型三相异步，380 V/660 V双电压自适应，起动转矩≥3.5倍额定值，30 min内可承受6次满载点动；

-多级减速：一级圆柱齿轮+二级蜗轮蜗杆，效率65%，噪音≤65 dB，输出转速0.5–24 r/min，与蝶阀、闸阀、风门全匹配；

-扭矩传感：应变片式，精度±1%FS，超扭矩1.3倍时自动反向1 s，保护阀杆不被扭断；

-限位机构：机械+霍尔双冗余，开、关向可独立调节0–360°，回差≤0.5°；

-手/电切换：断电后拉出手轮，自动脱开电机，空载力矩≤15 N·m，女工亦可操作；

-电气接口：压盘式电缆引入装置，可压紧Φ8–18 mm铠装电缆，配合Ex d I Mb防爆接头，通过2 MPa水压密封试验。

三、性能指标：从50 N·m到20 000 N·m全覆盖

2025年主流产品已形成“小-中-大”扭矩谱系，可覆盖DN50–DN2000全口径矿用阀门：

-小型：50–300 N·m，用于瓦斯抽采支管PE球阀，重量≤18 kg，一人肩扛下井；

-中型：500–2 000 N·m，配蝶阀用于主排水管路，IP67防护，10″彩色液晶就地显示；

-大型：4 000–20 000 N·m，多回转+蜗轮减速箱，与DN1600钢制闸阀配套，电机功率18.5 kW，全行程90 s，可承受1.5倍公称压力的水锤冲击。

所有等级均取得国家矿用产品安全标志（MA）及防爆合格证（CNEx），并可选ATEX、IECEx国际认证，满足“一带一路”海外矿山项目需求。

四、应用场景：瓦斯、排水、通风三大系统全覆盖

1.瓦斯抽采：高负压瓦斯管路压力-0.098 MPa，要求零泄漏。执行器与三偏心金属密封蝶阀配套，实现“一通一断”快速隔离，切断时间≤15 s，避免检修时瓦斯逆流；

2.主排水系统：井下中央水泵房通常6台泵并联，单泵出口DN600。执行器接收水泵PLC的Modbus RTU指令，完成“先关闸阀→停泵→开闸阀”顺序，防止水锤击裂泵壳；

3.通风风门：救灾逃生通道的“生命风门”需就地手动+远程自动双控。执行器内置24 V镍镉电池，断电后仍可完成3次全开全关，保障矿工撤离；

4.洗煤厂煤浆：煤泥水含固体颗粒≤3 mm，pH 8–9。执行器输出轴采用2205双相钢，表面激光熔覆WC，寿命提高3倍，解决以往“一月一换密封”难题。

五、选型指南：

1.定扭矩：按阀门最大压差计算扭矩，再乘以1.3安全系数；对含颗粒介质，额外增加20%；

2.选防爆：煤矿井下选Ex d I Mb，洗煤厂、选煤楼选Ex d IIB T4，露天储煤场选Ex tD A21 IP66；

3.定功能：仅开关选普通型S2-10 min；需调节选S4-25%ED，配4–20 mA+RS485；要求断电保位则加24 V制动器；

4.看认证：MA标志+防爆合格证+CNAS试验报告三证缺一不可；进口品牌需额外提供IECEx国际证书，避免海关退运。

矿用防爆电动执行器不是简单的“电机+外壳”，而是机电、材料、控制、通信多学科交叉的“安全终端”。在“双碳”与“智能化”双轮驱动下，它正从“能防爆”走向“更聪明”，成为智慧矿山最核心的执行末梢。可以预见，随着5G、AI、氢能技术的融入，这款“瓦斯环境下的安全之手”将在更深、更远、更危险的巷道中，为矿工生命保驾护航，也为我国能源大动脉注入源源不断的数字动力。