王振海

（山西潞安溫莊煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 長治 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)可對井下風(fēng)量、有害氣體濃度、粉塵濃度、溫度、濕度等進(jìn)行實時監(jiān)測，從而有效防止井下重大安全事故的發(fā)生。但是目前我國多數(shù)煤礦回采年限長，礦井開采面積大，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)在使用過程中出現(xiàn)信號上傳失真、精密度儀器損壞、監(jiān)測數(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)自動化部門統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，2018年共計發(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)53萬元。對此，自動化部門決定對井下安全監(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監(jiān)控服務(wù)器，一臺數(shù)據(jù)服務(wù)器、打印機(jī)、顯示大屏、投影儀及儲存器等組成。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，在線式后備電池組自動啟動，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)備主要由聲光報警器、本安饋電開關(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)過多年來的觀察發(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)形線纜在供電時會產(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)控信號線會受到射頻信號干擾。

2）靜電感應(yīng)：供電線路中各個交錯的線纜與電氣元件會間接地形成寄生電容，這就會造成電荷通過寄生電容由一條線纜移動到另一條線纜，最終形成電容性耦合，對監(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，這些都會造成供電系統(tǒng)出現(xiàn)漏電。當(dāng)線纜漏電嚴(yán)重且流入測量輸入端時會對監(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供電時，兩條線纜會出現(xiàn)互感情況?；ジ鞋F(xiàn)象會造成兩條供電線纜之間產(chǎn)生磁場并耦合，對監(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)備放弧及雷擊時均會對監(jiān)控設(shè)備產(chǎn)生瞬間的干擾，這種干擾信號由于時間短，不會造成監(jiān)控數(shù)據(jù)中斷，但有可能造成數(shù)據(jù)在傳輸時失真現(xiàn)象。

2）長期干擾：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，50 Hz的供電線纜會一直對監(jiān)控信號進(jìn)行干擾且很難被測量出來[4]。

3）常模干擾：礦井內(nèi)的電氣設(shè)備在正常工作時會產(chǎn)生交流磁場，交流磁場會對監(jiān)控設(shè)備產(chǎn)生交流電動勢，從而產(chǎn)生難以排除的常模干擾。

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

3 監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾措施

自動化部為了提高監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少干擾信號對監(jiān)控線纜的影響，通過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，需采用獨立的雙回路供電系統(tǒng)。

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

3）為了能夠避免監(jiān)控信號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安裝，同時可以在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)上加裝低碳鋼板外殼來屏蔽電磁場，避免電磁場對數(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)計算機(jī)程序計數(shù)器PC狀態(tài)完好及程序不會出現(xiàn)“死循環(huán)”現(xiàn)象，設(shè)計人員可以設(shè)計將軟件的主程序與中斷程序相互制約的措施。

2）當(dāng)計算機(jī)在檢測到系統(tǒng)CPU的信號后不立即執(zhí)行，而是通過將該信號以一定的時間間隔多次輸入CPU中，當(dāng)系統(tǒng)承認(rèn)該信號確實為有效信號后方可執(zhí)行。這就能夠避免干擾信號與檢測信號疊加，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)生的電磁場會嚴(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)生的電磁場對信號線纜的影響，確保傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2）在鋪設(shè)時屏蔽線時要確保隔離性與屏蔽性，將線纜“高頻裸露”的長度降低到最小，并對線纜兩端經(jīng)過電磁隔離處理。檢修時要對線纜進(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Ω黝愲娖骷皞鞲衅鞯挠绊懀O(shè)計人員可以在電源的輸入端加裝一個電容或多節(jié)低通型濾波器，而且通過在線纜雙端采用對進(jìn)稱法輸入，同時測量對輸入信號的平均值。

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

3）為了避免井下設(shè)備運(yùn)行時產(chǎn)生的震動對監(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。