LED光源在矿山照明中的应用探讨[1]

　　矿山照明光源是矿山机械行业中的重要组成部分，老式的矿灯如白炽灯、荧光灯和高压钠灯等，不但耗电量大，而且灯泡寿命短，发光面积小，光照不均匀。尤其是老式矿灯多为热光源，使用不当会引起矿井瓦斯爆炸，严重危害矿山安全生产。一种节能、环保、无害、长寿命、低热、抗震、色纯度高的第 4 代新型光源半导体发光二极管 (Light EmittingDiode， LED) 光源应运而生，现在正逐步广泛应用于生活中，如景观灯、交通灯、汽车灯等，在矿山照明中也将有广泛的应用前景。

　　1　LED 光源发光机理及优点

　　1.1　LED 光源发光机理

　　发光二极管 (LED) 是一种注入电致发光器件，它是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如砷化镓、磷化镓和磷砷化镓等
半导体制成，其核心是 PN 结。它具有一般 PN 结的特性：正向导通，反向截止、击穿，此外，在一定条件下，它具有发光特性。PN 结处于平衡时，存在一定的势垒区，其能带见图 1。

　　当在 PN 结的两端加正偏压时，PN 结区势垒降低，大量非平衡载流子从扩散 N 区注入到 P 区，并与P 区向 N 区扩散的空穴不断地产生复合。复合的过程是电子从高能级跌落到低能级的过程，以光辐射的形式释放能量而发光。由于空穴的扩散速度远小于电子的扩散速度，发光主要发生在 P 区[1]。

　　1.2　LED 光源优点分析

　　LED 灯与老式矿灯比较，具有许多优点，主要有以下几点：

　　(1) 高节能　LED 光源属于一次光源，在发光的过程中，电能直接变为了光能，LED 灯作为新光源，在与普通白炽灯 (二次光源) 保持同样亮度情况下，其耗电量仅为普通白炽灯的 1/ 10，因此能耗小。

　　(2) 寿命长、响应快　LED 光源被称为长寿灯，使用寿命可达 5 ~ 10 万 h，比老式光源寿命长 10 倍以
上。LED 发光的响应很快，它的响应时间为纳秒级，荧光灯为 0.1 ms，日光灯一般为毫秒级。

　　(3) 环保　LED 光源光谱中没有紫外线，红外线，热量低和无频闪，属冷光源，可以安全触摸，不含铅、汞元素，是一种无污染的光源。

　　(4) 发光效率、发光亮度高　白炽灯、卤钨灯光效为 12 ~ 24 lm/ W，荧光灯为 50～70 lm/ W，钠灯为
90～140 lm/ W，大部分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达 150～200 lm/ W，而且其光
的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。

　　(5) 安全照明　LED 供电能够采用 24 V 的低压线路，驱动简便，这为矿井提供了一个安全、稳定的供电环境。由于 LED 光源抗震性、密封性好，以及热辐射低，体积小，便于携带，可广泛应用于防爆、野外
作业、矿山、军事行动等特殊工作场所或恶劣工作环境之中，如矿灯、防爆灯、应急灯、安全指标灯。

　　2　LED 光源在矿山照明中的应用

　　目前矿山照明主要分为工厂地面照明和矿山井下照明。工厂地面照明与日常生活中的照明光源相同。矿山井下照明可分为巷道照明、工作迎头面照明及其它工作点照明等。LED 光源的选用要根据不同环境和使用要求来选择[2,3]。

　　2.1　巷道照明

　　矿山巷道照明主要是为运输或人行通道提供照明。目前国内外广泛使用的巷道防爆灯具大多采用普通直管荧光灯管为光源，具有电能消耗大、灯泡寿命短及维修困难等缺点，而且如供电距离较远，电压损失尤为明显。采用 LED 光源不仅能耗低、节约能源，而且寿命很长，可以有效减少巷道灯具的维修。现在我国矿山已经开始推广应用 LED 光源的巷道防爆灯具，虽然初始阶段还存在一定问题，但随着 LED 光源技术的进步，其在巷道照明中的应用将越来越广。