提高煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性的技術(shù)措施

王振海

（山西潞安溫莊煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 長(zhǎng)治 046300）

引言

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的重要保障，安全監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)井下風(fēng)量、有害氣體濃度、粉塵濃度、溫度、濕度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而有效防止井下重大安全事故的發(fā)生。但是目前我國(guó)多數(shù)煤礦回采年限長(zhǎng)，礦井開(kāi)采面積大，礦井內(nèi)安裝機(jī)械設(shè)備數(shù)量多，安全監(jiān)控系統(tǒng)在安裝使用時(shí)存在很多技術(shù)難題，主要表現(xiàn)在安全監(jiān)控系統(tǒng)受干擾性嚴(yán)重，導(dǎo)致系統(tǒng)在使用過(guò)程中出現(xiàn)信號(hào)上傳失真、精密度儀器損壞、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度低等現(xiàn)象，從而嚴(yán)重威脅著煤礦安全高效生產(chǎn)。

山西潞安溫莊煤業(yè)有限責(zé)任公司主要采用中煤科工集團(tuán)重慶研究院的KJ90X安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)井下采掘工作面有害氣體、粉塵、風(fēng)量等進(jìn)行監(jiān)控，受井下安全監(jiān)控系統(tǒng)干擾源影響，在前期礦井內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性差，受干擾嚴(yán)重，根據(jù)自動(dòng)化部門統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，2018年共計(jì)發(fā)生5起安全監(jiān)控系統(tǒng)干擾故障，導(dǎo)致礦井被迫停產(chǎn)3.5 d，造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)53萬(wàn)元。對(duì)此，自動(dòng)化部門決定對(duì)井下安全監(jiān)控系統(tǒng)主要干擾源進(jìn)行分析，并采取有效的抗干擾措施，力求進(jìn)一步提高煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成

溫莊煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由調(diào)度中心、監(jiān)控室、礦井交換機(jī)、各類傳感器以及其他輔助設(shè)備組成，如圖1所示。

1）調(diào)度中心：溫莊煤礦指揮系統(tǒng)主要由一主一備兩臺(tái)監(jiān)控服務(wù)器，一臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器、打印機(jī)、顯示大屏、投影儀及儲(chǔ)存器等組成。指揮大廳采用雙回路供電方式，可以保證I段母線停電后II端母線迅速切換供電，可以確保指揮大廳24 h不停電，當(dāng)雙回路都停電時(shí)，在線式后備電池組自動(dòng)啟動(dòng)，保證指揮大廳不間斷供電[1]。

2）各類傳感器以及其他輔助設(shè)備：系統(tǒng)傳感器主要包括一氧化碳、甲烷、溫度、空氣濕度、風(fēng)壓等。輔助設(shè)備主要由聲光報(bào)警器、本安饋電開(kāi)關(guān)組成。

圖1 溫莊煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

2 監(jiān)控系統(tǒng)主要干擾源及分類

2.1 主要干擾源

經(jīng)過(guò)多年來(lái)的觀察發(fā)現(xiàn)，監(jiān)控系統(tǒng)干擾源主要有射頻、靜電感應(yīng)、漏電電流、電磁感應(yīng)四種。

1）射頻干擾：井下盤區(qū)內(nèi)由于供電線路較多，且有些部位線路呈環(huán)形盤繞，環(huán)形線纜在供電時(shí)會(huì)產(chǎn)生射頻干擾，而為了滿足井下標(biāo)準(zhǔn)化的需要，巷道信號(hào)線通常與高壓電纜捆綁在巷道一側(cè)，這就造成監(jiān)控信號(hào)線會(huì)受到射頻信號(hào)干擾。

2）靜電感應(yīng)：供電線路中各個(gè)交錯(cuò)的線纜與電氣元件會(huì)間接地形成寄生電容，這就會(huì)造成電荷通過(guò)寄生電容由一條線纜移動(dòng)到另一條線纜，最終形成電容性耦合，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)形成干擾。

3）漏電電流：由于井下環(huán)境通常比較潮濕，再加上電氣設(shè)備使用年久、缺乏維護(hù)，電氣設(shè)備的外殼防爆性變差、線纜絕緣性降低、接線柱松動(dòng)，這些都會(huì)造成供電系統(tǒng)出現(xiàn)漏電。當(dāng)線纜漏電嚴(yán)重且流入測(cè)量輸入端時(shí)會(huì)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)形成干擾。

4）電磁感應(yīng)：當(dāng)巷道內(nèi)平行鋪設(shè)的兩條高壓線纜同時(shí)供電時(shí)，兩條線纜會(huì)出現(xiàn)互感情況?；ジ鞋F(xiàn)象會(huì)造成兩條供電線纜之間產(chǎn)生磁場(chǎng)并耦合，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)形成干擾[2-3]。

2.2 干擾類型

1）瞬間干擾：在井下大負(fù)荷設(shè)備停送電、分合閘、電氣設(shè)備放弧及雷擊時(shí)均會(huì)對(duì)監(jiān)控設(shè)備產(chǎn)生瞬間的干擾，這種干擾信號(hào)由于時(shí)間短，不會(huì)造成監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中斷，但有可能造成數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)失真現(xiàn)象。

2）長(zhǎng)期干擾：當(dāng)監(jiān)控線纜與50 Hz的供電線纜平行布置在巷道一側(cè)時(shí)，50 Hz的供電線纜會(huì)一直對(duì)監(jiān)控信號(hào)進(jìn)行干擾且很難被測(cè)量出來(lái)[4]。

3）常模干擾：礦井內(nèi)的電氣設(shè)備在正常工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生交流磁場(chǎng)，交流磁場(chǎng)會(huì)對(duì)監(jiān)控設(shè)備產(chǎn)生交流電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生難以排除的常模干擾。

4）共模干擾：線纜的漏電會(huì)使線纜產(chǎn)生對(duì)地電位差，給供電線纜產(chǎn)生干擾，干擾信號(hào)會(huì)存在于監(jiān)控信號(hào)線與大地之間形成回路，但監(jiān)控信號(hào)只能存在于信號(hào)線中，造成信號(hào)不平衡影響監(jiān)控質(zhì)量。

3 監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾措施

自動(dòng)化部為了提高監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少干擾信號(hào)對(duì)監(jiān)控線纜的影響，通過(guò)采取以下有效措施避免干擾。

3.1 地面監(jiān)控系統(tǒng)

1）調(diào)度中心的穩(wěn)裝應(yīng)選擇在空曠的且無(wú)大型設(shè)備的位置，屋頂應(yīng)安裝靈敏度較高的防雷設(shè)施，而且為了保障監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需采用獨(dú)立的雙回路供電系統(tǒng)。

2）為了能夠降低靜電及電磁對(duì)監(jiān)控設(shè)備的干擾，施工人員在鋪設(shè)線纜時(shí)應(yīng)采用絕緣性較高的屏蔽線纜，而且兩條線纜間距要大，同時(shí)可以通過(guò)降低配線間的靜電電容及輸入抗阻來(lái)減少信號(hào)干擾。

3）為了能夠避免監(jiān)控信號(hào)形成閉合回路最終造成地電位。施工人員可以將監(jiān)控系統(tǒng)的接地與安全接地分開(kāi)安裝，同時(shí)可以在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)上加裝低碳鋼板外殼來(lái)屏蔽電磁場(chǎng)，避免電磁場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)造成的失真。

3.2 軟件系統(tǒng)

1）為了確保監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序計(jì)數(shù)器PC狀態(tài)完好及程序不會(huì)出現(xiàn)“死循環(huán)”現(xiàn)象，設(shè)計(jì)人員可以設(shè)計(jì)將軟件的主程序與中斷程序相互制約的措施。

2）當(dāng)計(jì)算機(jī)在檢測(cè)到系統(tǒng)CPU的信號(hào)后不立即執(zhí)行，而是通過(guò)將該信號(hào)以一定的時(shí)間間隔多次輸入CPU中，當(dāng)系統(tǒng)承認(rèn)該信號(hào)確實(shí)為有效信號(hào)后方可執(zhí)行。這就能夠避免干擾信號(hào)與檢測(cè)信號(hào)疊加，以防影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[5]。

3.3 傳輸系統(tǒng)

1）由于礦井內(nèi)的空間較小且電氣設(shè)備較多，電氣產(chǎn)生的電磁場(chǎng)會(huì)嚴(yán)重影響監(jiān)控系統(tǒng)的傳遞效果。因此可以將井下的信號(hào)線更換為屏蔽線，這就能夠降低電氣設(shè)備產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)線纜的影響，確保傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2）在鋪設(shè)時(shí)屏蔽線時(shí)要確保隔離性與屏蔽性，將線纜“高頻裸露”的長(zhǎng)度降低到最小，并對(duì)線纜兩端經(jīng)過(guò)電磁隔離處理。檢修時(shí)要對(duì)線纜進(jìn)行定期清洗，確保線纜的散熱良好。

3.4 監(jiān)控分站及輔助設(shè)備

1）為了能夠減少差?；蚬材?duì)各類電器及傳感器的影響，設(shè)計(jì)人員可以在電源的輸入端加裝一個(gè)電容或多節(jié)低通型濾波器，而且通過(guò)在線纜雙端采用對(duì)進(jìn)稱法輸入，同時(shí)測(cè)量對(duì)輸入信號(hào)的平均值。

2）投入使用的高頻電器元件必須經(jīng)過(guò)屏蔽隔離后方可使用。對(duì)于容易產(chǎn)生高次諧波的電氣設(shè)備可以在其線路上加裝濾波器，同時(shí)將各通道內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行隔離。

3）為了避免井下設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的影響，設(shè)備上的各類傳感器要采取減震、軟件抗干擾及糾錯(cuò)控制等措施后再使用。

4 結(jié)論

采用抗干擾措施后，2019年溫莊煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)未發(fā)生因干擾源影響導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障的問(wèn)題，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定性，有效保證了礦井安全生產(chǎn)，取得了顯著的安全效益。