1 我国煤矿监控系统防雷现状分析
随着现代化管理意识的增强和以计算机为核心的煤矿安全监控技术的日益成熟，煤矿安全生产监控系统在全国大中型矿井中已比较广泛地得到应用。这些系统从中心监控微机系统、通讯设备、检测设备和执行设备等的投资到安装调试，其资金投入少则几十万元，多则几百万元。但是，目前在煤矿安全生产监控系统发展上，生产厂家的注意力主要集中在监测与控制的性能指标上，对一些不常发生的系统安全问题则关注不够，因此在电路设计时没能给予充分的重视。如系统自身防雷击能力就不同程度地存在缺陷。近年来，行业主管部门注意到了这个问题，并组织专家对原《煤矿监控系统总体设计规范》进行了修订，对相关内容提出了明确要求。但是很多较早安装并正工作在煤矿中的系统，其固有隐患仍没能得到解决。当携带有大能量的雷电击中系统防雷能力较薄弱的通讯传输线路，尤其在击中有一定高度的架空传输线路后，尽管传输线路使用的是屏蔽线缆，并要求做可靠接地(如果屏蔽效果不好，接地质量较差则更危险)，但雷电的危险能量仍能窜入线路中，并进入正在运行的设备，轻则造成设备损坏，重则有可能因设备损坏造成电火花外漏，由电火花引起井下瓦斯和煤尘的爆炸。
2 防雷措施的解决方案
通过对我国煤矿正在使用的多种安全生产监控系统的防雷技术进行全面的调查研究，并与一些厂家进行了技术研讨后提出了如下解决方案：在地面中心站机房外被避雷系统保护的区域距中心站有一定距离的范围内，加装一级安全栅；在井下和地面分站到中心站的通信线路上，在距分站距离较近的安全地带也加装一级安全栅，用这两个安全栅来吸收线路上传来的雷电能量，即让雷电能量首先冲击安全栅，由安全栅负责将雷电能量及瞬间电压电流峰值限制在一个安全值内，然后再传到中心站计算机和分站计算机接口，这样就可解决雷击损坏设备的问题。使用两个安全栅的电路连接方法如图1所示。安全栅电路原理图见图2。
图1 防雷击安全栅电路连接示意图
图2 安全栅电路原理图
3 安全栅电路设计方案
3.1 音频耦合变压器电路功能及设计注意事项
在该安全栅中，音频耦合变压器起着将本安侧电路与非本安侧电路隔离的作用。因此在设计该音频耦合变压器时，其通频带要保证监控系统通讯信号正常通过，且一次侧与二次侧的匝数应相同，以不影响原系统的通讯性能。
3.2 过流过压保护电路功能及设计注意事项
该安全栅电路采用了过流过压双重保护措施。
其中R起着限流作用，当本安侧电流增大时，R上压降增加，限制输出电流。该电路采用齐纳二极管限压，当电压峰值超出齐纳二极管的峰值时，齐纳二极管击穿短路，将能量释放。当线路峰值电压过去后，齐纳二极管又恢复正常工作。值得注意的是，设计电路时所选择的齐纳二级管其峰值击穿电压要大于通信信号的峰值电压，保证电路在正常工作时，该安全栅不影响系统的正常通讯。
3.3 效果
由于该安全栅具有较强的吸收雷电冲击波的功能，只要电路参数设计合适，危险能量就能在安全栅上基本吸收掉，没能被吸收的剩余能量，即使传到中心站和分站，也不能构成威胁。因此，该方法能够较好地解决雷击危害问题。从电路原理可以看出，其结构比较简单，因此投资很少，现场解决起来较易实现，是一种既简单可行，又经济安全的解决方案。
