提高煤矿安全监控系统稳定性的技术措施

郄俊隆

(阳煤集团一矿机电工区，山西 阳泉 045000)

引言

煤矿安全监控系统是煤矿安全生产的重要保障，安全监控系统可对井下风量、有害气体浓度、粉尘浓度、温度、湿度等进行实时监测，从而有效防止井下重大安全事故的发生。但是目前我国多数煤矿回采年限长，矿井开采面积大，矿井内安装机械设备数量多，安全监控系统在安装使用时存在很多技术难题，主要表现在安全监控系统受干扰性严重，导致系统在使用过程中出现信号上传失真、精密度仪器损坏、监测数据精度低等现象，从而严重威胁着煤矿安全高效生产。

该矿主要采用中煤科工集团重庆研究院的KJ90X安全监控系统对井下采掘工作面有害气体、粉尘、风量等进行监控，受井下安全监控系统干扰源影响，在前期矿井内安全监控系统稳定性差，受干扰严重，根据自动化部门统计分析发现，2018年共计发生5起安全监控系统干扰故障，导致矿井被迫停产3.5d，造成经济损失达53万元。对此，自动化部门决定对井下安全监控系统主要干扰源进行分析，并采取有效的抗干扰措施，力求进一步提高煤矿安全监控系统的稳定性。

1 安全监控系统结构的组成

该矿安全监控系统主要由调度中心、监控室、矿井交换机、各类传感器以及其他辅助设备组成。

1)调度中心：该矿指挥系统主要由一主一备两台监控服务器，一台数据服务器、打印机、显示大屏、投影仪及储存器等组成。指挥大厅采用双回路供电方式，可以保证I段母线停电后II端母线迅速切换供电，可以确保指挥大厅24h不停电，当双回路都停电时，在线式后备电池组自动启动，保证指挥大厅不间断供电。

2)各类传感器以及其他辅助设备：系统传感器主要包括一氧化碳、甲烷、温度、空气湿度、风压等。辅助设备主要由声光报警器、本安馈电开关组成。

2 监控系统主要干扰源及分类

2.1 主要干扰源

经过多年来的观察发现，监控系统干扰源主要有射频、静电感应、漏电电流、电磁感应四种。

1)射频干扰：井下盘区内由于供电线路较多，且有些部位线路呈环形盘绕，环形线缆在供电时会产生射频干扰，而为了满足井下标准化的需要，巷道信号线通常与高压电缆捆绑在巷道一侧，这就造成监控信号线会受到射频信号干扰。

2)静电感应：供电线路中各个交错的线缆与电气元件会间接地形成寄生电容，这就会造成电荷通过寄生电容由一条线缆移动到另一条线缆，最终形成电容性耦合，对监控系统形成干扰。

3)漏电电流：由于井下环境通常比较潮湿，再加上电气设备使用年久、缺乏维护，电气设备的外壳防爆性变差、线缆绝缘性降低、接线柱松动，这些都会造成供电系统出现漏电。当线缆漏电严重且流入测量输入端时会对监控系统形成干扰。

4)电磁感应：当巷道内平行铺设的两条高压线缆同时供电时，两条线缆会出现互感情况。互感现象会造成两条供电线缆之间产生磁场并耦合，对监控系统形成干扰。

2.2 干扰类型

1)瞬间干扰：在井下大负荷设备停送电、分合闸、电气设备放弧及雷击时均会对监控设备产生瞬间的干扰，这种干扰信号由于时间短，不会造成监控数据中断，但有可能造成数据在传输时失真现象。

2)长期干扰：当监控线缆与50Hz的供电线缆平行布置在巷道一侧时，50Hz的供电线缆会一直对监控信号进行干扰且很难被测量出来。

3)常模干扰：矿井内的电气设备在正常工作时会产生交流磁场，交流磁场会对监控设备产生交流电动势，从而产生难以排除的常模干扰。

4)共模干扰：线缆的漏电会使线缆产生对地电位差，给供电线缆产生干扰，干扰信号会存在于监控信号线与大地之间形成回路，但监控信号只能存在于信号线中，造成信号不平衡影响监控质量。

3 监控系统抗干扰措施

自动化部为了提高监控系统的稳定性，减少干扰信号对监控线缆的影响，通过采取以下有效措施避免干扰。

3.1 地面监控系统

1)调度中心的稳装应选择在空旷的且无大型设备的位置，屋顶应安装灵敏度较高的防雷设施，而且为了保障监控系统的稳定性，需采用独立的双回路供电系统。

2)为了能够降低静电及电磁对监控设备的干扰，施工人员在铺设线缆时应采用绝缘性较高的屏蔽线缆，而且两条线缆间距要大，同时可以通过降低配线间的静电电容及输入抗阻来减少信号干扰。

3)为了能够避免监控信号形成闭合回路最终造成地电位。施工人员可以将监控系统的接地与安全接地分开安装，同时可以在数据传输系统上加装低碳钢板外壳来屏蔽电磁场，避免电磁场对数据造成的失真。

3.2 软件系统

1)为了确保监控系统计算机程序计数器PC状态完好及程序不会出现“死循环”现象，设计人员可以设计将软件的主程序与中断程序相互制约的措施。

2)当计算机在检测到系统CPU的信号后不立即执行，而是通过将该信号以一定的时间间隔多次输入CPU中，当系统承认该信号确实为有效信号后方可执行。这就能够避免干扰信号与检测信号叠加，以防影响数据的准确性。

3.3 传输系统

1)由于矿井内的空间较小且电气设备较多，电气产生的电磁场会严重影响监控系统的传递效果。因此可以将井下的信号线更换为屏蔽线，这就能够降低电气设备产生的电磁场对信号线缆的影响，确保传输系统的稳定性。

2)在铺设时屏蔽线时要确保隔离性与屏蔽性，将线缆“高频裸露”的长度降低到最小，并对线缆两端经过电磁隔离处理。检修时要对线缆进行定期清洗，确保线缆的散热良好。

3.4 监控分站及辅助设备

1)为了能够减少差模或共模对各类电器及传感器的影响，设计人员可以在电源的输入端加装一个电容或多节低通型滤波器，而且通过在线缆双端采用对进称法输入，同时测量对输入信号的平均值。

2)投入使用的高频电器元件必须经过屏蔽隔离后方可使用。对于容易产生高次谐波的电气设备可以在其线路上加装滤波器，同时将各通道内的信号进行隔离。

3)为了避免井下设备运行时产生的震动对监控系统的影响，设备上的各类传感器要采取减震、软件抗干扰及纠错控制等措施后再使用。

4 结论

采用抗干扰措施后，2019年该矿安全监控系统未发生因干扰源影响导致监控系统发生故障的问题，提高了监控系统的可靠稳定性，有效保证了矿井安全生产，取得了显著的安全效益。