張 斌

(西山煤電集團(tuán) 馬蘭礦，山西 古交 030205)

淺析甲烷傳感器誤報(bào)警原因及改進(jìn)措施

張 斌

(西山煤電集團(tuán) 馬蘭礦，山西 古交 030205)

簡述了KJ90型煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中甲烷傳感器常見的幾種誤報(bào)警原因，對(duì)引起誤報(bào)警的原因進(jìn)行了分析，并提出了一系列的改進(jìn)措施，避免了誤報(bào)警的情況發(fā)生，對(duì)煤礦正常、安全運(yùn)轉(zhuǎn)起到積極的作用。

甲烷傳感器；誤報(bào)警；防范措施

西山煤電集團(tuán)馬蘭礦屬煤與瓦斯突出礦井，瓦斯帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)比較大。為了避免瓦斯事故的發(fā)生，該礦在2004年率先采用中煤科工集團(tuán)研制的KJ90礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)礦井進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在一定程度上對(duì)井下瓦斯起到監(jiān)測(cè)作用。但是，由于井下礦塵、電磁波等復(fù)雜環(huán)境的干擾影響，該套監(jiān)控系統(tǒng)采用以來，暴露出可靠性差、誤報(bào)警率高等問題，對(duì)煤礦安全、高效生產(chǎn)造成一定損失。為杜絕甲烷傳感器在非正常情況下出現(xiàn)誤報(bào)警現(xiàn)象，提高煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，保證生產(chǎn)的安全、高效性，特對(duì)甲烷傳感器可能發(fā)生的誤報(bào)警原因進(jìn)行分析，并且提出改進(jìn)措施。

1 KJ90監(jiān)控系統(tǒng)簡介

KJ90監(jiān)控系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成：地面監(jiān)控中心、井下分站和各種傳感器。KJ90監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成見圖1.

圖1 KJ90監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成圖

2 甲烷傳感器誤報(bào)警原因分析

2.1 甲烷傳感器工作原理

甲烷傳感器測(cè)量甲烷濃度的原理是載體催化及熱導(dǎo)原理，傳感器探頭為其主要構(gòu)成部分，由載體催化及熱導(dǎo)元件與金屬膜電阻、調(diào)節(jié)電位等部分組成。傳感器工作時(shí)，被測(cè)環(huán)境中甲烷氣體由于擴(kuò)散原理進(jìn)入到傳感器探頭中，探頭中敏感元件與之反應(yīng)，并將之轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，該信號(hào)被放大后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，然后進(jìn)入與之相連的井下監(jiān)控分站及地面中心，從而實(shí)現(xiàn)井下聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，實(shí)時(shí)聲光報(bào)警的功能。

2.2 系統(tǒng)電源故障

系統(tǒng)電源故障使甲烷傳感器傳輸?shù)念l率會(huì)由于供電狀態(tài)的變化而發(fā)生突然變化，導(dǎo)致誤報(bào)警。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電源電路及接電盒維護(hù)不及時(shí)，或者接線時(shí)有不合規(guī)范的情況發(fā)生，都有可能導(dǎo)致系統(tǒng)電源故障。監(jiān)測(cè)線路經(jīng)常淋水，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)供電異常。系統(tǒng)電源故障情況下瓦斯監(jiān)測(cè)曲線圖見圖2.

圖2 系統(tǒng)電源故障下瓦斯監(jiān)測(cè)曲線圖

由圖2可知，當(dāng)電源發(fā)生故障時(shí)，會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生脈沖電流，電流的突變導(dǎo)致瓦斯監(jiān)測(cè)圖中瓦斯?jié)舛燃眲≡龃螅h(yuǎn)超過報(bào)警值，從而導(dǎo)致誤報(bào)警。

2.3 瓦斯傳感器故障及復(fù)電

瓦斯傳感器連續(xù)使用時(shí)間過長，維護(hù)、保養(yǎng)不及時(shí)，電橋電阻會(huì)出現(xiàn)突然斷開的現(xiàn)象，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)系統(tǒng)異常而出現(xiàn)誤報(bào)警。

瓦斯傳感器內(nèi)部電路板、元器件和線路出現(xiàn)故障，尤其是轉(zhuǎn)換電路運(yùn)行當(dāng)中無故損壞，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)異常。

傳感器航空插頭插接部分螺絲未旋緊，或長時(shí)間使用后出現(xiàn)松動(dòng)，以及風(fēng)吹動(dòng)時(shí)震動(dòng)頻率為400～1 000 Hz時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)報(bào)警現(xiàn)象。瓦斯傳感器故障下瓦斯監(jiān)測(cè)曲線圖見圖3.

圖3 瓦斯傳感器故障下瓦斯監(jiān)測(cè)曲線圖

由圖3可以看出，傳感器故障導(dǎo)致的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到報(bào)警值的時(shí)間會(huì)持續(xù)幾秒到十幾秒，然后趨于穩(wěn)定。

瓦斯傳感器在使用前或者大修后未調(diào)試合格，未進(jìn)行試運(yùn)行便投入使用。在傳感器通電瞬間，瓦斯可能會(huì)出現(xiàn)一瞬間峰值，導(dǎo)致報(bào)警。傳感器復(fù)電情況下瓦斯監(jiān)測(cè)曲線圖見圖4.

圖4 傳感器復(fù)電情況下瓦斯監(jiān)測(cè)曲線圖

由圖4可以看出，系統(tǒng)未經(jīng)調(diào)試合格即通電導(dǎo)致瓦斯監(jiān)測(cè)濃度升高的時(shí)間一般不會(huì)超過20 s.

2.4 傳感器線路受到干擾

監(jiān)控系統(tǒng)即使有濾波功能，當(dāng)線路電纜與變頻設(shè)備距離太近時(shí)，變頻設(shè)備的頻率為400～1 000 Hz，會(huì)對(duì)傳感器線路造成信號(hào)干擾，進(jìn)而出現(xiàn)報(bào)警。

2.5 人為原因

傳感器受到摔、碰等強(qiáng)烈震動(dòng)，例如放炮崩壞、刮板輸送機(jī)和耙矸機(jī)拉壞等，都會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。

甲烷傳感器的進(jìn)氣口和聲光報(bào)警面板被堵塞或者由于怕進(jìn)水用不透光的物體遮擋，均會(huì)造成傳感器失靈，出現(xiàn)報(bào)警。

井下日常線路檢修時(shí)，接線震動(dòng)產(chǎn)生的頻率與甲烷值報(bào)警頻率相同，也會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)警。

井下巷道溫度過高，在巷道內(nèi)比較潮濕的情況下，會(huì)產(chǎn)生蒸汽，使巷道兩幫和傳感器長期處于濕潤狀態(tài)，也會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)警的產(chǎn)生。

井下靠近傳感器的地方使用油漆涂刷時(shí)，會(huì)因?yàn)樗上闼細(xì)湮镔|(zhì)濃度超標(biāo)而導(dǎo)致誤報(bào)警。

信號(hào)電纜連接錯(cuò)誤，導(dǎo)致傳感器類型和中心站設(shè)置不一致，或者傳感器量程與中心站上設(shè)置的不一致，報(bào)警點(diǎn)設(shè)置不同，都會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)警。

2.6 傳感器在井下安裝的位置不當(dāng)

回采工作面進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷以及掘進(jìn)工作面因其環(huán)境不同，傳感器的設(shè)置類型也不相同。傳感器的種類很多，若傳感器種類設(shè)置不當(dāng)，也會(huì)引起報(bào)警。幾種常見的甲烷傳感器類型見表1.

表1 甲烷傳感器類型表

3 改進(jìn)措施

3.1 系統(tǒng)性故障改進(jìn)措施

1) 加強(qiáng)井下傳感器的日常維修、保養(yǎng)，連續(xù)使用超過6個(gè)月時(shí)，必須徹底保養(yǎng)一次，并做好保養(yǎng)臺(tái)賬，連續(xù)使用一年以上的傳感器，黑白元件不管是否完好，必須更換。

2) 要保證甲烷傳感器航空插頭插接部分螺絲時(shí)刻旋緊，且在挪動(dòng)工作中的甲烷傳感器時(shí)，也應(yīng)該保證插頭插接部分牢固。

3) 不管是初次使用還是大修后的甲烷傳感器，按說明書的規(guī)定，經(jīng)調(diào)試合格，在地面試運(yùn)行1～2天后方可入井投入使用。

4) 原則上要求巷道內(nèi)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所用電纜與電力電纜應(yīng)分別掛在巷道兩側(cè)，還應(yīng)與變頻設(shè)備、線路分開吊掛，滿足一定的安全距離，避免其他設(shè)備、線路頻率的變化對(duì)系統(tǒng)的干擾。若巷道內(nèi)空間條件受限，可將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電纜布設(shè)在電力電纜0.1 m以外的地方。

3.2 人為原因?qū)е碌墓收细倪M(jìn)措施

1) 甲烷傳感器要掛放牢固，盡量設(shè)置在設(shè)備、材料等運(yùn)輸時(shí)不易被碰撞的地方，摘取、挪動(dòng)時(shí)至少兩個(gè)人配合，一人挪動(dòng)，另外一個(gè)人負(fù)責(zé)收線，且要輕取輕放，禁止摔、碰。

2) 禁止使用不透氣物品遮擋、包裹甲烷傳感器聲光報(bào)警面板和進(jìn)氣口，以防造成傳感器失靈。

3) 嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定接線，不出現(xiàn)虛接、短接等現(xiàn)象。

4) 處于容易產(chǎn)生蒸汽的巷道中的甲烷傳感器每月定期升井烘干，并且再次使用前經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可入井。

5) 井下盡量不使用松香水碳?xì)湮镔|(zhì)超標(biāo)的油漆，若必須使用，嚴(yán)格控制使用量，且不隨意丟放油漆及刷漆工具。

6) 井下電纜接線時(shí)一定細(xì)心，不出現(xiàn)低級(jí)錯(cuò)誤，井下監(jiān)控站和地面中心設(shè)置保證一致。

3.3 傳感器安裝的位置及種類不當(dāng)?shù)母倪M(jìn)措施

1) 回采工作面及其順槽傳感器的設(shè)置優(yōu)化。

回采工作面中，T0、T1和T2必須安裝，由于該礦井為煤與瓦斯突出礦井，所以在進(jìn)風(fēng)巷道中安裝傳感器T3. 回采工作面及其順槽傳感器布置優(yōu)化圖見圖5.

圖5 回采工作面及其順槽傳感器布置優(yōu)化圖

2) 掘進(jìn)工作面的傳感器設(shè)置優(yōu)化。

掘進(jìn)工作面中，T1和T2必須安裝，由于該礦為煤與瓦斯突出礦井，所以在風(fēng)機(jī)前3～5 m安裝傳感器T3. 掘進(jìn)工作面的傳感器優(yōu)化布置圖見圖6.

圖6 掘進(jìn)工作面的傳感器優(yōu)化布置圖

3) 各類型傳感器的具體設(shè)置必須嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》、《AQ 1029-2007煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測(cè)儀器使用管理規(guī)范》和《AQ 6201-2006煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范設(shè)置。

4 結(jié) 論

通過對(duì)甲烷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能導(dǎo)致誤報(bào)警的原因分析，提出了改進(jìn)措施。指出提高一線工人對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)水平，既有利于防止隱患，又可以在遇到實(shí)際情況時(shí)及時(shí)找出誤報(bào)警的原因，及時(shí)處理，從而達(dá)到可靠地保證礦井生產(chǎn)和職工人身安全的目標(biāo)。

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Analysis on the Reason and Improvement of Mis-alarm of Methane Sensor

ZHANG Bin

The paper briefly introduces the causes of several false alarms which is common to see in methane monitoring system of KJ90 for coal mine, and analyzes the false alarms and puts forward a series of improvement measures to avoid the occurrence of false alarm, the practice provides positive role in coal mine safety production.

Methane; Sensor; False alarm

2017-04-15

張 斌(1982—)，男，山西古交人，2012年畢業(yè)于河北工程大學(xué)，助理工程師，主要從事煤礦安全儀器監(jiān)測(cè)工作(E-mail)331612278@qq.com

TD76

B

1672-0652(2017)06-0047-04