李濟洲

（1．安徽理工大學，安徽淮南 232001；2．淮北職業(yè)技術(shù)學院，安徽淮北 235000）

煤礦雜散電流智能測量儀及專家系統(tǒng)研究

李濟洲1，2

（1．安徽理工大學，安徽淮南 232001；2．淮北職業(yè)技術(shù)學院，安徽淮北 235000）

針對雜散電流對煤礦安全生產(chǎn)造成嚴重威脅的問題，通過對雜散電流的分析，開發(fā)雜散電流測量儀及分析防治專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過與雜散電流新型測量儀器通信獲取雜散電流現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，利用專家系統(tǒng)分析煤礦雜散電流的安全水平，同時對雜散電流的防治提出措施與建議，從而提高煤礦的雜散電流監(jiān)測水平。

雜散電流；智能測量儀；專家系統(tǒng)

0 引言

雜散電流是一種因外界條件影響而產(chǎn)生的電流，是指存在于預設(shè)的電源網(wǎng)路之外的電流，其主要來源：一是電氣牽引網(wǎng)路流經(jīng)金屬物（指鋪軌以外的金屬物）或大地返回直流變電所的電流；二是動力和照明交流電路的漏電；三是大地自然電流；四是雷電和電磁輻射的感應(yīng)電流等。在礦井中采用架線式電力機車運輸，會存在雜散電流。而雜散電流會對礦井安全生產(chǎn)及設(shè)備的正常使用產(chǎn)生很大的危害。采用雜散電流智能測量儀及分析防治專家系統(tǒng)可以測試雜散電流、架線泄漏雜散電流、架線末端的空載電壓和電機車的啟動電壓等參數(shù)，并可實時顯示和打印。更為重要的是可以通過專家系統(tǒng)對測試數(shù)據(jù)進行分析、評估，確定雜散電流的安全水平，從而在井下進行雜散電流的安全預警，及時采取行之有效的防治措施。

1 雜散電流的危害

1．1 雜散電流致使電雷管先期引爆

掘進巷道內(nèi)雜散電流量是較大的，掘進工作面內(nèi)軌道與運輸大巷的軌道相連，當電力機車在運輸大巷中運行時，其軌道對地有電位，而在掘進巷道內(nèi)除了鋪設(shè)有軌道外，還有與總接地網(wǎng)相連的各種管線，在掘進巷道施工時，有許多機會使雷管的2根導線分別碰到鋼軌和管線，當雷管中通過的電流大于300mA時，就可能使雷管引爆。

1．2 雜散電流會引起煤塵或瓦斯爆炸

由于雜散電流存在，金屬碰撞管路或軌道時，會產(chǎn)生電火花，當電火花能量足夠大時，超限瓦斯或煤塵就可能產(chǎn)生爆炸；在抽放瓦斯專用管路的管壁中也會有雜散電流流過，如果生產(chǎn)條件變化而需要拆裝管路時，若管線上的雜散電流足夠大，在打開管線的同時就有電火花產(chǎn)生，導致管線內(nèi)殘留的瓦斯著火而引爆。

1．3 雜散電流會造成漏電保護的誤動作

當電力機車在巷道內(nèi)運行，到達綜采區(qū)的附近時，綜采區(qū)附近巖壁、巷道的電位均比接地網(wǎng)的電位要高，比變電所回電點的電位更高，因此雜散電流便會通過電網(wǎng)的絕緣電阻進入綜采區(qū)低壓電網(wǎng)，再經(jīng)過檢漏回路流回總接地網(wǎng)，造成漏電保護裝置誤動作，影響煤礦的正常生產(chǎn)與安全供電。

1．4 雜散電流會腐蝕管線及金屬結(jié)構(gòu)

井下運輸巷道中，金屬管路或鎧裝電纜是雜散電流的良好通道，由于井下潮濕的環(huán)境及酸性水的存在，雜散電流從管線中的流出點使管線受到嚴重的電化學腐蝕。煤炭行業(yè)每年因腐蝕造成的直接或間接經(jīng)濟損失巨大。統(tǒng)計表明，高壓鎧裝電纜故障有20%是由于電纜受腐蝕引起，造成井下電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障引發(fā)其他電氣事故，另外瓦斯管路的腐蝕穿孔會造成瓦斯泄漏，水管的腐蝕穿孔會造成漏水事故。

1．5 雜散電流還有可能造成人身觸電、干擾通信系統(tǒng)

隨著煤礦開采能力的提升，雜散電流的危害問題更加突出。因此，雜散電流及其危害是必須高度重視的問題。但由于對雜散電流的危害程度認識不足，目前國內(nèi)對雜散電流的研究較少，雜散電流的檢測和分析需要依賴技術(shù)人員自身的素質(zhì)，測試儀器仍比較落后。因此，對煤礦井下雜散電流的機理進行深入研究，開發(fā)新型雜散電流檢測裝置和雜散電流分析防止專家系統(tǒng)，對提高煤礦的雜散電流監(jiān)測防止水平十分必要。

2 煤礦雜散電流智能測量儀及分析防治專家系統(tǒng)研究

2．1 雜散電流的理論分析

利用計算機仿真系統(tǒng)對煤礦井下雜散電流的分布規(guī)律進行分析總結(jié)，并用實測煤礦雜散電流數(shù)據(jù)進行驗證分析，確定供電區(qū)的有效長度、機車啟動電流、軌道縱向電阻等參數(shù)對雜散電流的影響；另外，對軌道對管線局部短接、軌地過渡電阻偏小、軌道局部接縫電阻偏大、相應(yīng)的絕緣夾板電阻減小、多臺機車頻繁啟動時等特定情況進行雜散電流分布規(guī)律的研究。根據(jù)理論研究結(jié)果確定井下雜散電流典型測試點、測試周期及雜散電流防治措施和方法。

2．2 開發(fā)煤礦雜散電流智能測量儀

開發(fā)本安型雜散電流智能測試儀器，應(yīng)滿足GB／T17682－1999《礦山雜散電流的測定》要求，并具備便攜、電池供電、大容量數(shù)據(jù)掉電存儲、人機界面友好、測試接口方便、通信等功能，實現(xiàn)煤礦井下雜散電流的測試水平提高。

2．3 開發(fā)煤礦雜散電流分析防治專家系統(tǒng)軟件

根據(jù)理論研究成果和專家經(jīng)驗，構(gòu)造雜散電流分析防治專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)輸入、整理、分析、保存，知識點增減、邏輯增減等功能。知識表示擬采用產(chǎn)生式規(guī)則表示法，推理機擬采用模糊推理。專家系統(tǒng)可實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的保存與分析功能，通過連續(xù)測試周期的數(shù)據(jù)積累，可實現(xiàn)各測試點雜散電流變化規(guī)律的趨勢分析與比較。

該專家系統(tǒng)通過與雜散電流新型測量儀器通信獲取雜散電流現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，利用專家系統(tǒng)分析煤礦雜散電流的安全水平，同時對雜散電流的防治提出措施與建議。此外還可以發(fā)揮培訓和咨詢功能。

2．4 制定煤礦雜散電流測試、分析及防治規(guī)范性文件

對于雜散電流必須遵循“主動防治”原則，必須制定煤礦雜散電流測試、分析及防治規(guī)范性文件。根據(jù)煤礦的實際情況及理論研究與現(xiàn)場實際測量結(jié)果，確定雜散電流測試的時間、地點、內(nèi)容等，按照規(guī)范性文件分析測量結(jié)論，提出防治建議，采取防治措施。

3 雜散電流智能測量儀與雜散電流分析防治專家系統(tǒng)的功能和特點

該雜散電流智能測量儀與雜散電流分析防治專家系統(tǒng)能深入分析井下雜散電流的分布規(guī)律，建立井下雜散電流仿真模型，為雜散電流的監(jiān)測和防治提供理論依據(jù)；系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)開發(fā)便攜式本安型煤礦雜散電流智能測試儀，要求具有高測量精度、人機交互界面、大容量數(shù)據(jù)存儲、通信等功能；能深入分析雜散電流的危害并提出行之有效的防治方法；還可以構(gòu)造知識點、推理機，建立煤礦雜散電流分析防治專家系統(tǒng)。

專家系統(tǒng)（Expert System，簡稱ES），是一種擁有大量專門知識的計算機程序系統(tǒng)。主要功能結(jié)構(gòu)由五個部分構(gòu)成：知識庫、推理機、綜合數(shù)據(jù)庫、解釋接口和知識獲取模塊。專家系統(tǒng)包括系統(tǒng)總控、綜合推理子系統(tǒng)、知識庫及其管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及其管理子系統(tǒng)、解釋接口等，如圖1。

圖1 專家系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖

從結(jié)構(gòu)上看，一個專家系統(tǒng)必須具有一個獨立的知識庫作為該系統(tǒng)的核心。從功能上看，專家系統(tǒng)主要是一種知識信息處理系統(tǒng)，依靠知識表示來確定問題的求解途徑，使用知識推理來求解問題、制定決策。

將專家系統(tǒng)應(yīng)用于雜散電流的防治，可以集中相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜业闹腔郏浞职l(fā)揮專家在雜散電流防治中根據(jù)感覺、知識、經(jīng)驗所進行的推理判斷的能力，并可適用于各種場合和各種情況，不受現(xiàn)場人員技術(shù)水平的制約和其他人為因素的影響。有助于及時發(fā)現(xiàn)隱患并將分析超過轉(zhuǎn)化為有效的防治措施，將損失降低至最低范圍，同時專家系統(tǒng)在培訓和咨詢方面也可以發(fā)揮重要作用。

4 結(jié)論

井下直流牽引供電系統(tǒng)的雜散電流對煤礦安全生產(chǎn)造成了嚴重威脅，必須高度重視煤礦井下的雜散電流及其危害問題。對于架線泄漏雜散電流、架線末端的空載電壓、軌道縱向電阻、軌地電壓和電機車的啟動電壓等參數(shù)，利用煤礦雜散電流智能測量儀及分析防治專家系統(tǒng)都可以進行測試并將數(shù)據(jù)實時顯示。數(shù)據(jù)上傳至上位機后，利用專家系統(tǒng)對測試數(shù)據(jù)進行分析，評估雜散電流的安全水平，進行安全預警，采取行之有效的防治措施，可以提高雜散電流的監(jiān)測水平，實現(xiàn)“主動防治”目標，對煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行具有重要作用，經(jīng)濟效益十分顯著。

［1］ 錢敏．礦山雜散電流及軌道接縫電阻綜合測試儀的研制［D］．青島：山東科技大學，2010．

［2］ 郭賀飛，李耀清．雜散電流智能測量研究與應(yīng)用［J］．河北煤炭，2011（4）．

［3］ 彭蓬．基于SOPC和矢量圖技術(shù)的離線礦山雜散電流防治系統(tǒng)的設(shè)計［J］．中國煤炭，2010（11）．

責任編輯：訾興建

TD6

A

1671－8275（2012）04－0141－02

2012－06－12

李濟洲（1977－），男，安徽淮北人，安徽理工大學2010級工程碩士，淮北職業(yè)技術(shù)學院機電系教師。研究方向：微機監(jiān)控。