head lamp
简介
又称头灯、帽灯。矿工头 戴式照明灯。为煤矿井下携带式照明灯具，供矿工个人 井下照明使用。
组成 矿灯主要由灯头、矿工帽灯电线和蓄电池 电源组成。灯头内包含有一个或数个光源，蓄电池通过 电缆对其供电。
灯头 矿灯的照明器部分，由灯头壳和安装在灯 头壳内的反射器、灯泡、灯泡座、充电开关以及灯头圈、 灯面玻璃、帽钩等零部件组成。灯头的照明和充电回路 如下页图1所示。
灯头通过电缆与电池上盖连接。上盖内有电缆固 定装置。电缆端部以电极卡连接在电池正负极的接线 端子上。
矿灯泡 有3种类型：①单丝灯泡，灯泡内只有一 根灯丝。②双丝灯泡，灯泡内有二根灯丝。它又分为两 种形式：一种为主灯丝和辅助灯丝，辅助灯丝电流值比 主灯丝要小;另一种为两根电流值相等的灯丝。③双灯 泡，灯头内有两个灯泡：主灯泡和辅助灯炮。主灯炮和 辅助灯泡都为单丝灯泡。辅助灯泡因电 流值比主灯泡要小，光能量低，又不聚 光，不能作为工作照明用，只是在主灯泡 烧毁时使矿工安全上井。矿灯泡按泡壳 内充填的惰性气体来分，有氩气泡、氪气 泡和氙气泡。以额定电压4V矿灯泡为 例，发光效率分别为9Lm/W、10～ 11Lm/W和11～12Lm/W。近几年又发 展了一种卤钨灯泡，发光效率可达 13Lm/W以上。
矿工帽灯电线 为铜芯橡皮绝缘橡皮护套软电 线，有两根线芯，具有一定抗拉强度，橡皮护套耐酸碱 并具有阻燃性。
蓄电池电源 有铅酸蓄电池和碱性蓄电池二种。
分类 以携带方式来分有手提灯和帽灯(或称头 灯)两种。在中国目前使用的矿灯都为帽灯。以蓄电池 类型来分有铅酸蓄电池矿灯(俗称酸性矿灯)和碱性蓄 电池矿灯(俗称碱性矿灯)两种。此外在矿灯基础上派 生出瓦斯报警矿灯。
酸性矿灯 以铅酸蓄电池为电源，电源由两个单 体电池串联而成。每一单体电池包含有正极板、负极板 和隔板。极板组装入蓄电池槽内，用电池盖盖紧密封。 蓄电池槽由硬质橡胶或高强度工程塑料，如聚碳酸酯、 ABS、MBS等塑料制成 (下页图2)。
酸性矿灯的与碱性矿灯相比，优点是单体电池电 压高，为2.0V，且价格低廉。缺点是使用寿命短、机械强度差，要正确维护，不要过充电和过放电。
图1 灯头的照明和充电电路示意图
用铅酸蓄电池的矿灯按结构特征又可分为普通、 少维护和免维护3类。普通铅酸蓄电池在规定运行条 件下约15天需补一次水，少维护铅蓄电池补水周期在 2个月以上，正负极板栅采用低锑合金或铅钙合金，显 著减少充电时析气量，蓄电池槽采用透明工程塑料或 采用不透明工程塑料但装设有透明窗。免维护铅蓄电 池在使用寿命期内无需补水和调整电解液密度。采用 的免维护方法是，首先板栅材料采用不含锑的合金，如 铅钙合金，具有高析氢过电位，从而控制充电时氢气的 发生。其次，电池做成阴极吸收式，即采用氧循环的密 闭反应，使正极发生的氧气在负极上反应吸收，还原成水。
图2 酸性矿灯
碱性矿灯 以碱性蓄电池为电源，电源由两个或 3个单体电池串联而成。每一单体电池包含有正极板、 负极板和隔板。极板组装入蓄电池槽内，蓄电池槽采用 尼龙、ABS、MBS、乙烯丙烯共聚体等制成。碱性矿灯 透气结构是关键部分，它既要保证在充电过程中电池 内部的气体能畅通排出、在使用过程中矿灯处于任何 位置不会漏液，又能隔绝外界空气、防止空气中二氧化 碳进入电池内与电解液起化学反应。其外形如下页图 3所示。
碱性矿灯的优点是：寿命长、机械强度好。结构坚 固可靠、容易维护，对过充电和过放电不大敏感。缺点 是单体电池电压低，为1.25V，价格高。
瓦斯报警矿灯 矿灯与瓦斯报警器合成的产品， 具有井下照明和瓦斯超限自动报警两种功能。它能连 续监视矿井大气中瓦斯浓度，超限时自动报警具有一种预警作用，适用于有瓦斯的瓦斯突出危险的矿井，可 防止瓦斯事故的发生。
图3 碱性矿灯
瓦斯报警矿灯由传感器、报警电路、灯头、电缆和 蓄电池组成。按结构形式可分为两类，一类是整体 式，传感器、报警电路与矿灯连成一体;另一类是分体 式，传感器和报警电路独立于矿灯之外自成一体(下页 图4)。
瓦斯报警矿灯报警点可在甲烷含量0.5%～ 2.0%范围内任意选定。报警方式有两种，一种是闪光 报警，即甲烷浓度达到报警点时矿灯泡发出一明一暗 报警信号;另一是声光报警，即甲烷浓度达到报警点时 除矿灯泡发出闪烁信号或有光标显示外并有报警声 响。
简史与发展趋势 矿工个人携带 的矿灯约在18世纪于欧洲出现。它是 一种油灯，英国化学家H. 戴维(H. Davy)于1815年创造发明了新结构 安全灯。在戴维灯的基础上，英国W. 克莱尼(W. Clanny)、比利时缪瑟勒 (Mueseler)和法国马索(Marsaut)作 了改进，制造出火焰安全灯，在油灯上 装有专用金属网，显著提高了灯的安 全性能，可用于高浓度瓦斯矿井。19 世纪中叶出现了新型矿灯—沃尔弗 (Wolf)汽油灯和乙炔灯。这两种灯亮 度高，除作为照明外，还可用来测定在 煤矿大气中爆炸性气体的浓度，因此 在瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井得到广 泛应用。1879年爱迪生发明的白炽灯 为矿灯发展开辟了新的领域。第一个 以蓄电池为电源的电气安全灯是于 1885年由J. 斯旺 (J. Swan)发明， 重量约9磅。起初灯的亮度不及乙炔 灯，随后白炽灯采用钨丝并充填惰性 气体，发光效率大幅度提高，从此电气 安全灯在煤矿才得到广泛使用，煤矿 照明灯具的光源由电光源代替了热光 源。
现代国际上矿灯灯头一般都设有 可调焦距装置，并都采用双光源，灯泡 光通量40Lm左右，容量10Ah以上， 重量2.3～2.5kg。电池槽有的采用透 明工程塑料，有的虽不采用透明塑料， 但装设有透明窗。近期还研制出密闭 隔镍蓄电池矿灯及少维护和免维护铅 酸蓄电池矿灯。卤钨灯泡得到较为广泛的使用。
以白炽灯为光源的矿灯因光束非常窄，亮度不高， 美国于70年代开始探索以荧光灯作为光源，研制出荧 光帽灯，光通量比白炽灯矿灯提高4倍。
瓦斯报警矿灯是苏联和东欧一些国家于70年代 初首先开始研制，苏联研制的CMC—1型瓦斯报警矿 灯报警精度±0.30%CH4，传感器设置在灯头上，而报 警电路在上盖内，电源为镉镍蓄电池，全灯重量 2.5kg。波兰研制了一种附装在RC—12型碱性矿灯电 缆当中的瓦斯报警器，重量250g，由发光二极管显示 报警。英法Oldham公司1982年研制出MT—2型瓦 斯报警矿灯，精度为甲烷浓度的±10%，传感器和电路 均安装在灯头上，电源为少维护铅蓄电池，容量15Ah， 双灯泡，主灯泡为1A卤钨灯泡，全灯重量2.7kg。
图4 瓦斯报警矿灯
中国于60年代研制成容量8Ah、氩气灯泡、光通 量22Lm、重量2.3kg的酸性矿灯，在煤矿得到广泛的 应用。60年代后期至70年代，为提高酸性矿灯性能， 研制出容量7Ah、氪气灯泡、光通量22Lm以上、重量 仅1.6kg的矿灯。在此期间还研制出以极板盒式镉镍 蓄电池为电源，2.5V、12Ah、灯泡1A、光通量22Lm、 重量1.9kg的碱性矿灯，具有双光源和调焦机构的灯 头，设有透明窗的电池槽及瓦斯报警矿灯。瓦斯报警矿 灯的报警点(在1%CH4时)报警误差大多为±0.2% CH4。80年代末开始探索免维护酸性矿灯，电源为阴极 吸收式阀控密封铅蓄电池，电池盖上设安全阀，免维护 铅蓄电池是蓄电池研究方向，尚存在寿命较短的问题。 到目前酸性矿灯和碱性矿灯都已形成系列。