矿 灯

主要类型

目前，我国煤矿使用的符合标准的矿灯光源有白炽灯泡和LED半导体发光二极管两种。电源主要有铅酸蓄电池、碱性蓄电池、锂离子蓄电池3种。我国主要按蓄电池的性质划分矿灯类型，即将矿灯划分为KS型矿灯（酸性矿灯）、KJ型矿灯（碱性矿灯）和KL型矿灯（锂电矿灯）3种类型。

KS型矿灯
KS型矿灯目前在我国煤矿使用的矿灯中占有很大比重，约在90%以上。世界上除东欧、德国和日本外，其他国家的煤矿也都使用铅酸矿灯。KS型矿灯又分为普通型和免维护型两种。
普通KS型矿灯
优点：价格低，目前市场价格大约每盏60～90元；使用寿命较长，大约1～1.5年；耐用性好，适用性强。我国煤矿目前大多使用 KTSB-102型充电架，这种充电架就是针对KS型矿灯设计的。
缺点：质量重，每盏质量在2kg左右；需定期补水维护，补水维护周期为7～14天左右；补水维护的质量影响矿灯工作性能，若补水量控制不好，可能造成矿灯电解液密度降低，使矿灯在使用过程中出现红灯现象；易发生漏酸现象，由于生产过程中密封不良或补液过量，可造成矿灯漏酸，烧坏矿工衣服，甚至造成矿工身体烧伤。
免维护KS型矿灯
免维护KS型矿灯是在普通KS型矿灯的基础上发展起来的。其蓄电池部分采用全密封结构，不存在补水维护和漏酸的问题，也不存在初充电的问题。但由于免维护矿灯蓄电池部分工艺复杂，对充电架精度要求很高，使用寿命通常只有0.5～1年，目前在我国煤矿使用的总量不到10万盏。

KJ型矿灯
KJ型矿灯的蓄电池可分为两种主要类型，即普通开口式和密闭式。普通开口式蓄电池主要为镍镉蓄电池。密闭式蓄电池主要为镍氢蓄电池。
普通开口式蓄电池
优点：寿命长，使用寿命大约2～3年；适用性强，可采用普通充电架充电；价格较低，每盏矿灯价格在150元左右。
缺点：体积大，质量重，每盏矿灯质量在2.5kg以上，比KS型矿灯更重；需定期补水维护，7～14天左右需补充蒸馏水1次，且可能由于补水不当造成电解液密度过低，而使电池充电不足；有爬碱现象，可能会由于密封不良引起碱液溢出，造成矿工衣服和皮肤灼伤；亮度低，由于电池电压只有2.5v，光源功率偏低，影响矿灯的亮度和照度。
密闭式蓄电池
优点：体积小，质量轻，每盏矿灯质量在0.8～1.2kg之间，只有普通铅酸矿灯的1/2左右；携带方便，可大大减轻矿工的负担；免维护，蓄电池在寿命使用周期内不需要补液和维护。
缺点：寿命短，通常只有1年左右，有的还不到1年；价格高，每盏矿灯价格在200元左右；适应性差，煤矿现有的充电架不符合充电条件，需另外配套充电架。

KL型矿灯
KL型矿灯是以锂离子蓄电池为电源的矿灯。锂离子蓄电池是近年开发研制成功的一种新型电源，相对其他类型蓄电池，锂离子电池有着质量轻、能量高的特点，所以被广泛应用。
优点：体积小，质量轻，矿灯总质量一般在0.5～1kg左右，大大方便了矿工的井下携带；免维护，由于蓄电池属密闭免维护型，所以在使用寿命周期内不需补水等维护工作，可大大减少矿灯维护工作量。
缺点：由于锂离子电池本身反应物质活跃，电池充放电过程中如果发生保护电路失效，可能会发生爆炸；价格高，每盏KL型矿灯的价格在200～400元之间；使用寿命较短，一般为1～1.5年，有些甚至不到1年；适用性差，现有煤矿充电设备不适用于KL型矿灯，需要对充电设备进行更新。

光源

矿灯光源主要有白炽灯泡和LED半导体发光二极管两大类。

白炽灯泡
白炽灯泡又分为氪气灯泡和溴钨灯泡两类。氪气灯泡在当前的矿灯市场上占主导地位，年市场消耗量约1亿只，市场价格在0.50～1.00元之间。
氪气灯泡
优点：价格低，其中单灯丝灯泡约0.50元，双灯丝灯泡约1.00元；适用性较强，由于是传统产品，大量的矿灯都使用此灯泡。
缺点：使用寿命短，一般只有150小时，在矿灯寿命期内需更换几十个灯泡，造成矿工井下作业不便和使用成本较高，也带来安全隐患；可靠性差，灯泡泡壳易碎，灯丝易断；光效低，光亮度只有9lm/w。
溴钨灯泡
优点：寿命长，使用寿命大约在500小时，超过氪气灯泡的3倍；光效高，约为12lm/w；可靠性高，由于溴钨灯泡的结构与氪气灯泡不同，所以溴钨灯泡的强度比较好；色温好，溴钨灯泡照射光亮度、颜色和温度比较好。
缺点：价格高，目前每个灯泡的价格大约在5元左右，造成矿灯使用成本加大；产品质量稳定性差，我国目前在小功率溴钨灯泡的制造工艺和技术上均存在缺陷，寿命往往达不到要求。

LED半导体发光二极管
LED半导体发光二极管从显示到照明，是近两年刚刚起步的一种光源。该光源又分为前发光和侧发光两种。
优点：光效高，大约30lm/w；寿命长，约在2万小时左右，在矿灯整个使用周期内都不需要更换光源；耗电量小，由于LED半导体发光二极管普遍电流在20～300mA之间，工作电流小，需要的蓄电池容量也小；属冷光源，由于LED半导体发光二极管工作原理不同于白炽灯泡，在矿灯使用过程中温度很低，也相应地提高了灯头的安全性能。
缺点：价格高，LED半导体发光二极管的价格每只在20～50元左右，提高了矿灯成本；色温差大，由于LED半导体发光二极管发出白光，在井下使用过程中比较刺眼，不柔和，与矿工的使用习惯不适应；穿透力差，当井下出现粉尘等状态时，对穿透力有很大影响；可靠性较低，由于LED半导体发光二极管属新型光源，我国对二极管的生产技术、工艺还不十分成熟，在矿灯应用上，许多技术问题还有待攻克和提高，如恒流驱动、散热、焊接、静电等，造成LED矿灯光衰、亮度、寿命等达不到理想的状况。

短路保护装置

矿灯短路保护装置的作用是，万一矿灯发生短路时，切断矿灯工作电路，防止短路引起火花而引发瓦斯煤尘爆炸。短路保护装置是矿灯的重要安全部件。矿灯短路保护装置又分为熔断器和保护器两种。熔断器为一次性产品。

熔断器
优点：价格低，市场价格在 0.40～0.50元之间，使用成本低。
缺点：不能重复使用，短路后就报废，由此造成有些矿井为节约成本和防止灯房修配时发生短路而不装配熔断器，甚至人为撤除熔断器，致使矿灯实际上无短路保护的现象，许多由于矿灯引起的瓦斯煤尘爆炸事故大多与此有关；存在熔丝熔断过程中引燃瓦斯的可能，由于熔断器生产过程中密封差，可能会造成这种情况发生。

保护器
优点：可重复使用，矿灯出厂时安装了保护器，若使用过程中矿灯发生短路，保护器会切断电路，而故障排除时，矿灯又能继续工作，从而保证了煤矿井下矿灯使用的安全性。
缺点：成本高，市场价大约每只4元左右；耐振动性较差，由于采用电磁式结构，矿灯发生剧烈振动时，保护器接触点可能会断开而切断矿灯电路，造成灭灯，需要重新打开开关点亮矿灯。

发展趋势

在国外，以美国、英国为代表的国家，煤矿基本使用铅酸蓄电池矿灯，并经历了普通铅酸蓄电池矿灯到目前的免维护铅酸蓄电池矿灯的过程。而以德国、俄罗斯、日本为代表的国家，煤矿基本使用碱性镍镉蓄电池，近年来，已实现了镍镉蓄电池的免维护技术。
在光源方面，美国、英国等国家采用的是双灯丝结构；德国、俄罗斯等则采用双灯丝或双灯泡的结构，而灯泡采用的都为溴钨灯泡。
目前，国外尚无锂离子电池和LED光源的矿灯。
根据国外发展情况和我国煤矿实际进行预测，我国矿灯近期的发展趋势是：以免维护的酸性和碱性蓄电池为电源，溴钨灯泡作为光源，双灯丝灯头多于双灯泡灯头；随着LED技术的进步和发展，完全有可能取代白炽灯泡；小容量的聚合物锂离子电池（一般在5Ah以下）由于安全性能优于大容量锂离子电池，配以LED光源，也可能具有相当的竞争力；保护器则可能完全取代熔断器作为矿灯的短路保护装置。