煤礦雜散電流智能測(cè)量?jī)x及專家系統(tǒng)研究

李濟(jì)洲

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

煤礦雜散電流智能測(cè)量?jī)x及專家系統(tǒng)研究

李濟(jì)洲1，2

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

針對(duì)雜散電流對(duì)煤礦安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅的問題，通過對(duì)雜散電流的分析，開發(fā)雜散電流測(cè)量?jī)x及分析防治專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過與雜散電流新型測(cè)量?jī)x器通信獲取雜散電流現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(shí)對(duì)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(cè)水平。

雜散電流；智能測(cè)量?jī)x；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(yù)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(dòng)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(jī)車運(yùn)輸，會(huì)存在雜散電流。而雜散電流會(huì)對(duì)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(cè)量?jī)x及分析防治專家系統(tǒng)可以測(cè)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(jī)車的啟動(dòng)電壓等參數(shù)，并可實(shí)時(shí)顯示和打印。更為重要的是可以通過專家系統(tǒng)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評(píng)估，確定雜散電流的安全水平，從而在井下進(jìn)行雜散電流的安全預(yù)警，及時(shí)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(jìn)巷道內(nèi)雜散電流量是較大的，掘進(jìn)工作面內(nèi)軌道與運(yùn)輸大巷的軌道相連，當(dāng)電力機(jī)車在運(yùn)輸大巷中運(yùn)行時(shí)，其軌道對(duì)地有電位，而在掘進(jìn)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(jìn)巷道施工時(shí)，有許多機(jī)會(huì)使雷管的2根導(dǎo)線分別碰到鋼軌和管線，當(dāng)雷管中通過的電流大于300mA時(shí)，就可能使雷管引爆。

1．2 雜散電流會(huì)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生電火花，當(dāng)電火花能量足夠大時(shí)，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(huì)有雜散電流流過，如果生產(chǎn)條件變化而需要拆裝管路時(shí)，若管線上的雜散電流足夠大，在打開管線的同時(shí)就有電火花產(chǎn)生，導(dǎo)致管線內(nèi)殘留的瓦斯著火而引爆。

1．3 雜散電流會(huì)造成漏電保護(hù)的誤動(dòng)作

當(dāng)電力機(jī)車在巷道內(nèi)運(yùn)行，到達(dá)綜采區(qū)的附近時(shí)，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(diǎn)的電位更高，因此雜散電流便會(huì)通過電網(wǎng)的絕緣電阻進(jìn)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(hù)裝置誤動(dòng)作，影響煤礦的正常生產(chǎn)與安全供電。

1．4 雜散電流會(huì)腐蝕管線及金屬結(jié)構(gòu)

井下運(yùn)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(diǎn)使管線受到嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。煤炭行業(yè)每年因腐蝕造成的直接或間接經(jīng)濟(jì)損失巨大。統(tǒng)計(jì)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(huì)造成瓦斯泄漏，水管的腐蝕穿孔會(huì)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(duì)雜散電流的危害程度認(rèn)識(shí)不足，目前國內(nèi)對(duì)雜散電流的研究較少，雜散電流的檢測(cè)和分析需要依賴技術(shù)人員自身的素質(zhì)，測(cè)試儀器仍比較落后。因此，對(duì)煤礦井下雜散電流的機(jī)理進(jìn)行深入研究，開發(fā)新型雜散電流檢測(cè)裝置和雜散電流分析防止專家系統(tǒng)，對(duì)提高煤礦的雜散電流監(jiān)測(cè)防止水平十分必要。

2 煤礦雜散電流智能測(cè)量?jī)x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(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)對(duì)煤礦井下雜散電流的分布規(guī)律進(jìn)行分析總結(jié)，并用實(shí)測(cè)煤礦雜散電流數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證分析，確定供電區(qū)的有效長(zhǎng)度、機(jī)車啟動(dòng)電流、軌道縱向電阻等參數(shù)對(duì)雜散電流的影響；另外，對(duì)軌道對(duì)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(tái)機(jī)車頻繁啟動(dòng)時(shí)等特定情況進(jìn)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(cè)試點(diǎn)、測(cè)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(cè)量?jī)x

開發(fā)本安型雜散電流智能測(cè)試儀器，應(yīng)滿足GB／T17682－1999《礦山雜散電流的測(cè)定》要求，并具備便攜、電池供電、大容量數(shù)據(jù)掉電存儲(chǔ)、人機(jī)界面友好、測(cè)試接口方便、通信等功能，實(shí)現(xiàn)煤礦井下雜散電流的測(cè)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(yàn)，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(shí)點(diǎn)增減、邏輯增減等功能。知識(shí)表示擬采用產(chǎn)生式規(guī)則表示法，推理機(jī)擬采用模糊推理。專家系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的保存與分析功能，通過連續(xù)測(cè)試周期的數(shù)據(jù)積累，可實(shí)現(xiàn)各測(cè)試點(diǎn)雜散電流變化規(guī)律的趨勢(shì)分析與比較。

該專家系統(tǒng)通過與雜散電流新型測(cè)量?jī)x器通信獲取雜散電流現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(shí)對(duì)雜散電流的防治提出措施與建議。此外還可以發(fā)揮培訓(xùn)和咨詢功能。

2．4 制定煤礦雜散電流測(cè)試、分析及防治規(guī)范性文件

對(duì)于雜散電流必須遵循“主動(dòng)防治”原則，必須制定煤礦雜散電流測(cè)試、分析及防治規(guī)范性文件。根據(jù)煤礦的實(shí)際情況及理論研究與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量結(jié)果，確定雜散電流測(cè)試的時(shí)間、地點(diǎn)、內(nèi)容等，按照規(guī)范性文件分析測(cè)量結(jié)論，提出防治建議，采取防治措施。

3 雜散電流智能測(cè)量?jī)x與雜散電流分析防治專家系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)

該雜散電流智能測(cè)量?jī)x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(cè)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(cè)試儀，要求具有高測(cè)量精度、人機(jī)交互界面、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(shí)點(diǎn)、推理機(jī)，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(jiǎn)稱ES），是一種擁有大量專門知識(shí)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。主要功能結(jié)構(gòu)由五個(gè)部分構(gòu)成：知識(shí)庫、推理機(jī)、綜合數(shù)據(jù)庫、解釋接口和知識(shí)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(shí)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(gè)專家系統(tǒng)必須具有一個(gè)獨(dú)立的知識(shí)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(shí)信息處理系統(tǒng)，依靠知識(shí)表示來確定問題的求解途徑，使用知識(shí)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?，充分發(fā)揮專家在雜散電流防治中根據(jù)感覺、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)所進(jìn)行的推理判斷的能力，并可適用于各種場(chǎng)合和各種情況，不受現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(shí)專家系統(tǒng)在培訓(xùn)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(duì)煤礦安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)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(duì)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(jī)車的啟動(dòng)電壓等參數(shù)，利用煤礦雜散電流智能測(cè)量?jī)x及分析防治專家系統(tǒng)都可以進(jìn)行測(cè)試并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)后，利用專家系統(tǒng)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估雜散電流的安全水平，進(jìn)行安全預(yù)警，采取行之有效的防治措施，可以提高雜散電流的監(jiān)測(cè)水平，實(shí)現(xiàn)“主動(dòng)防治”目標(biāo)，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要作用，經(jīng)濟(jì)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(cè)試儀的研制［D］．青島：山東科技大學(xué)，2010．

［2］ 郭賀飛，李耀清．雜散電流智能測(cè)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(jì)［J］．中國煤炭，2010（11）．

責(zé)任編輯：訾興建

TD6

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1671－8275（2012）04－0141－02

2012－06－12

李濟(jì)洲（1977－），男，安徽淮北人，安徽理工大學(xué)2010級(jí)工程碩士，淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系教師。研究方向：微機(jī)監(jiān)控。