煤矿安全监控系统干扰分析及防治策略

摘 要：对于煤矿安全监控系统而言，干扰是不可避免的因素，会对监控系统运行的可靠性、稳定性产生影响。文章分析了煤矿安全监控系统的主要干扰源，包括电磁感应干扰、频率干扰与信号失真、漏电流干扰等，并针对不同的干扰提出具体的防治对策，旨在与广大业内同行共同探讨。

关键词：煤矿生产；安全监控系统；干扰

所谓干扰即电路受到某些电子信号的影响而出现的一些不良反应，在煤矿生产安全监控系统中，数字信号可能会受到脉冲电压的影响而出现逻辑混乱的现象，即受到干扰。通常消除干扰比较困难，但可通过降低干扰强度或提高电路抗干扰能力来减少干扰的影响。

1 煤矿安全监控系统主要干扰源

具体而言，煤矿安全监控系统主要的干扰源来自于以下几个方面。

1.1 电磁感应干扰

如果两个电路之间存在互感，在磁场的作用下，一个电路中电流的变化会耦合到另一个电路，即电磁感应，比如启、停大型动力设备会产生电磁波干扰、变压器的漏磁、通电平行导线等等，均存在电磁感应。煤矿生产过程中，大型电气设备的启、停没有规律，因此井下供电系统也会出现较大的电压波动，虽然安全监控系统的电源均有宽电压范围设计，但却无法控制供电线路的电磁场。导体周围所形成的电磁波频率较低可以被地表所吸收，但其所产生的干扰信号却无法被吸收，从而直接作用于监控信号。并且现阶段井下高压电缆会直接进入采煤工作面移动变压器，井下线缆长距离平行吊挂，会导致线路间的感应电压高于正常通信电压数倍，电磁感应直接作用于各级信号传输介质，对本质安全型电气设备的输入输出接口电路产生影响，从而对安全系统的稳定性产生不利影响，甚至会导致严重事故，因此，电磁感应是矿井安全监控系统的主要干扰源。

1.2 频率干扰与信号失真

变频器产生的高次谐波会对电源及邻近用电设备产生谐波污染，且与其他无线电电磁干扰一样，谐波污染的方式包括传导、电磁辐射及感应耦合等。其中传导会对并联的电气设备产生干扰，而感应耦合则会与变频器输出线平行敷设的导线产生电磁耦合而形成感应干扰，电磁辐射则会干扰邻近的矿井安全监控系统设备。

1.3 漏电流干扰

矿井安全监控系统的工作环境体现出潮湿、煤尘大、空气中含有腐蚀性气体的特点，接线盒中或传感器电子线路内部包含大量的元件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质等，任何一处发生绝缘不良，即会导致漏电，尤其是传感器的应用环境湿度较大，绝缘体绝缘电阻下降，漏电电流增加则会引起干扰。传感器的主要作用是把被测物理量转换成电信号输出，其包括敏感元件、转换电路、测量电路、辅助电源等部分，而传感器在进行非电量向电量的转换过程中，测量电路本身会成为一个放大器，实际检测时，漏电流会对检测精度产生影响，特别是漏电流进入测量电路的输入级时，影响会更加严重。

2 煤矿安全监控系统干扰防治策略

2.1 提高选型的合理性

在进行煤矿安全监控系统建的设过程中，由于相关技术标准中未明确抗干扰性能检测的相关要求，也未取消快速断电性能要求，所以一些厂家会把传感器数据采集方法改成脉宽计时方法，以实现2s快速断电，而改用脉宽计数法仅捕捉传感器输出信号的一个脉宽可能会带来严重后果。为避免这一问题，一些监控系统分站采用双CUP设计，或者传感器采用数字式串行码传输方式，将实际应用过程中将频率传输所致的各种不稳定因素降至最低，因此在安全监控系统选型过程中，抗干扰能力是一项重要考虑因素，以保证安全监控系统运行的稳定性与可靠性。

2.2 严格按照标准施工

线路间干扰可以通过屏蔽电缆的方法来消除或抑制，施工过程中严格按照相关标准要求执行。井筒与巷道内的通信、信号电缆要与电力电缆分开，分别挂在井巷两侧；如果井筒内条件不允许，则通信与信号电缆必须与电力电缆保持0.3m以上距离；如敷设于巷道内，则要与电力电缆保持至少0.1m以上距离，且敷设于上方。如果高低压电力电缆必须敷设于巷道同一侧，则电缆之间的距离至少保持0.1m；且高压电缆与低压电缆之间至少保持50mm以上的距离。吊挂缆线或者加大平行吊挂的缆线间距可有效降低干扰。此外，还可以合理运用信号屏蔽电缆，以消除线路间的干扰，全面改造主传输电缆，防止长距离信号在传输过程中受到干扰；如果巷道中使用变频调速设备或者电磁干扰比较严重，也可以使用屏蔽电缆，不过需要注意屏蔽层的有效联接与接地。

2.3 合理设置分站位置

供电距离越长，供电能力就更弱，线缆间分布电容及分布电感也会随之增加，从而对信号的传输产生直接影响。因此，传感器与执行器至分站之间的传输距离尽量控制在2km以内；分站至传输接口、分站至分站之间的最大传输距离也要控制在10km以内，但在实际系统建设中，往往存在傳感器至分站间距离大于采煤工作面顺槽或掘进巷道长度的现实，无法满足2km的规定值，并且分站之间、分站与接口之间的距离大于10km的情况也比较常见；此外，根据目前国内安全监控系统所用的移频键控模式的主信号传输模式的特点，多数厂家在进行安全监控系统设计时，其中分站间或分站到传输接口间的距离均在20km以上。针对上述情况，在煤矿安全监控系统建设过程中，要尽量缩短传感器到分站的距离，以有效对抗干扰；并保证系统设计供电电压的稳定性，缆线截面积要与相关标准相符，以提高信号传输的准确性。

3 结束语

综上所述，矿井安全监控系统及传感器在现场运行所受到的干扰多种多样，具体情况具体分析，对不同的干扰采取不同的措施是抗干扰的原则。针对不同的运行场合，系统可做相应的抗干扰设计，以有效地抗干扰、提高系统可靠性，为矿井安全生产发挥应有职能。

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作者简介：陆吉斌，江苏泰兴人，工程师，现主要从事煤矿工业控制方面的研究工作。