煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)“就地控制執(zhí)行時(shí)間”探討

李 志

(淮北礦業(yè)集團(tuán) 通防地測部， 安徽 淮北 235000)

《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》(AQ6201-2019)要求，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)“就地控制執(zhí)行時(shí)間應(yīng)不大于2 s”. 目前，關(guān)于如何理解“控制執(zhí)行時(shí)間”及其時(shí)長的相關(guān)要求，尚無明確說明。本文結(jié)合煤礦實(shí)際情況和監(jiān)控系統(tǒng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，展開相關(guān)探討。

1 斷電控制目的

現(xiàn)階段，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)(以下簡稱“監(jiān)控系統(tǒng)”)主要以井下通風(fēng)、瓦斯?fàn)顟B(tài)為主要監(jiān)測監(jiān)控對象，即當(dāng)井下瓦斯出現(xiàn)異常時(shí)，能立即切斷被控區(qū)域內(nèi)全部非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的電源且閉鎖，并使用饋電狀態(tài)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測被控設(shè)備斷電情況，防止人為取消斷電功能，確保井下現(xiàn)場安全。所以，斷電控制功能做為監(jiān)控系統(tǒng)最基本、最重要的功能，必須做到實(shí)時(shí)、靈敏、可靠。

2 瓦斯爆炸時(shí)間因素分析

目前，煤礦生產(chǎn)最大的安全隱患是瓦斯事故，后果最嚴(yán)重的瓦斯事故是瓦斯爆炸，而由于煤層生成的原因，開采過程中瓦斯的產(chǎn)生是無法避免的。當(dāng)處于爆炸界限的瓦斯+引火源+充足的氧氣這3個(gè)條件同時(shí)具備時(shí)，就有可能會發(fā)生瓦斯爆炸事故。但是因?yàn)橥咚贡ㄊ且粋€(gè)極其復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，即使甲烷濃度達(dá)到了爆炸界限，遇到高溫火源也不會立即爆炸，需要一個(gè)很短的引火延遲時(shí)間(“感應(yīng)期”)。因此，監(jiān)控系統(tǒng)在斷電控制方面如何有效的利用感應(yīng)期，在低于感應(yīng)期的時(shí)間內(nèi)切斷電氣設(shè)備的電源，避免電氣設(shè)備引起瓦斯爆炸事故，是監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全斷電功能的一個(gè)重要體現(xiàn)。

3 “就地控制執(zhí)行時(shí)間”相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)查詢《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》(AQ6201-2019)、《礦用分站》(MT/T 1005-2006)、《煤礦用固定式甲烷斷電儀》(AQ6208-2007)、《煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件》(MT/T 1004-2006)等相關(guān)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，均提到控制執(zhí)行時(shí)間應(yīng)滿足有關(guān)要求，其中安全監(jiān)控分站甲烷超限斷電及甲烷風(fēng)電閉鎖的控制執(zhí)行時(shí)間應(yīng)不大于2 s.

4 “就地控制執(zhí)行時(shí)間”測試方法

1) 《煤礦監(jiān)控系統(tǒng)主要性能測試方法》(MTT 772-1998).

在規(guī)定的輸入設(shè)備上發(fā)控制命令，用秒表測量從控制命令發(fā)出至控制執(zhí)行指示器作出響應(yīng)的時(shí)間。

使系統(tǒng)輸出控制信號的模擬量輸入值和開關(guān)量狀態(tài)，用秒表測量從信號輸入到控制執(zhí)行指示器顯示相應(yīng)動作的時(shí)間。

對已包含執(zhí)行機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)中測得的時(shí)間即為控制執(zhí)行時(shí)間；對不包含執(zhí)行機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)系統(tǒng)，控制執(zhí)行時(shí)間應(yīng)為試驗(yàn)中測得的時(shí)間加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作時(shí)間。

2) 《礦用分站》(MT/T 1005-2006).

使傳感器或模擬量信號發(fā)生器的輸出達(dá)到分站所設(shè)置的斷電值，用秒表測量從信號輸入到控制執(zhí)行器指示被控設(shè)備斷電的時(shí)間。

測得的時(shí)間與所配置執(zhí)行器的動作時(shí)間之和即為控制執(zhí)行時(shí)間。

3) 《煤礦用固定式甲烷斷電儀》(AQ6208-2007).

連接斷電儀主機(jī)與各設(shè)備，送電穩(wěn)定運(yùn)行后，調(diào)節(jié)模擬量信號發(fā)生器，輸入達(dá)到斷電點(diǎn)的模擬量信號，記錄信號輸入到斷電控制輸出接點(diǎn)動作的時(shí)間，測量3次，取最大值。

4) 《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造驗(yàn)收規(guī)范》(煤安監(jiān)技裝〔2019〕48號)。

該文件并無“就地控制執(zhí)行時(shí)間”測試方法，但是提出了“異地?cái)嚯姽δ軠y試”測試辦法和指標(biāo)要求，可以做為參考。具體為：首先是通過遙控器(或通入標(biāo)準(zhǔn)氣樣)的方法，在井下現(xiàn)場調(diào)整被測甲烷傳感器使其達(dá)到異地?cái)嚯娪|發(fā)數(shù)值，并做好相應(yīng)記錄；升井后，在監(jiān)控系統(tǒng)軟件調(diào)取被測甲烷傳感器的數(shù)據(jù)記錄和對應(yīng)的異地?cái)嚯娛录涗?，分別記錄每個(gè)斷電值出現(xiàn)的最早時(shí)刻(TD)和斷電器每一次動作時(shí)對應(yīng)饋電狀態(tài)為“無電”的最早時(shí)刻(TT)，其中TT到TD的時(shí)間差，其最大值即為異地?cái)嚯姇r(shí)間。一般情況下，異地?cái)嚯姇r(shí)間小于40 s可判定為合格。

綜上：根據(jù)“就地控制執(zhí)行時(shí)間”的測試方法可以得出，該時(shí)間應(yīng)以現(xiàn)場實(shí)測為準(zhǔn)，是涉及斷電控制的設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時(shí)間。只有監(jiān)控系統(tǒng)存在異地?cái)嚯姇r(shí)，其“控制執(zhí)行時(shí)間”可以通過查詢監(jiān)控系統(tǒng)記錄的方法來進(jìn)行查證，且可以通過其查證結(jié)果來驗(yàn)證系統(tǒng)性能是否可靠。

5 原因分析

根據(jù)監(jiān)控分站的設(shè)計(jì)要求，監(jiān)控分站自身是具備甲烷超限斷電控制功能的，傳感器定義信息和就地?cái)嚯娦畔⒁彩蔷偷乇４嬖诜终局械摹．?dāng)甲烷傳感器檢測環(huán)境甲烷濃度達(dá)到或超過預(yù)先設(shè)定的斷電值時(shí)，無需經(jīng)過中心站軟件干預(yù)，監(jiān)控分站即自行發(fā)出斷電指令，驅(qū)動斷電控制器立即動作并切斷相關(guān)設(shè)備電源。斷電后，利用饋電狀態(tài)傳感器的監(jiān)測功能，確認(rèn)斷電功能是否可靠。下面舉例說明：

1) 重慶梅安森科技股份有限公司的KJ73X型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)。

a) 如圖1、2所示，312機(jī)巷掘進(jìn)工作面分別安裝了T1甲烷傳感器(21A01)、T2甲烷傳感器(21A05)，從監(jiān)控系統(tǒng)上看，其關(guān)聯(lián)的斷電控制口為312機(jī)巷斷電(21C13)，對應(yīng)的饋電傳感器為312機(jī)巷饋電(21D13)，控制類型為分站本地控制。2021年8月4日甲烷傳感器調(diào)校試驗(yàn)時(shí)，查詢監(jiān)控系統(tǒng)記錄，T1達(dá)到斷電值時(shí)刻、斷電執(zhí)行時(shí)刻、饋電反饋無電時(shí)刻均為8時(shí)4分2秒，T2達(dá)到斷電值時(shí)刻、斷電執(zhí)行時(shí)刻、饋電反饋無電時(shí)刻均為8時(shí)47分58秒，其達(dá)到斷電值時(shí)刻與饋電反饋無電時(shí)刻的時(shí)間差為0.

b) 如圖3、4、5所示，72210里風(fēng)巷掘進(jìn)工作面安裝了T進(jìn)甲烷傳感器(48A08)，從監(jiān)控系統(tǒng)上看，其關(guān)聯(lián)的斷電控制口為72210里風(fēng)巷斷電器(48C09)，對應(yīng)的饋電傳感器為72210里風(fēng)巷饋電6204(48D09)，控制類型為分站本地控制。2021年8月

圖1 312機(jī)巷T1甲烷傳感器及關(guān)聯(lián)斷電器、饋電狀態(tài)傳感器數(shù)據(jù)記錄圖

圖2 312機(jī)巷T2甲烷傳感器及關(guān)聯(lián)斷電器、饋電狀態(tài)傳感器數(shù)據(jù)記錄圖

圖3 72210里風(fēng)巷T進(jìn)4甲烷傳感器達(dá)到斷電值時(shí)刻圖

圖4 72210里風(fēng)巷斷電器斷電時(shí)刻圖

圖5 72210里風(fēng)巷饋電狀態(tài)傳感器無電時(shí)刻圖

31日甲烷電閉鎖測試試驗(yàn)時(shí)，查詢監(jiān)控系統(tǒng)記錄，T進(jìn)甲烷傳感器達(dá)到斷電控制時(shí)刻、斷電控制執(zhí)行時(shí)刻均為9時(shí)46分14秒，饋電“無電”時(shí)刻9時(shí)46分18秒，其達(dá)到斷電值時(shí)刻與饋電反饋無電時(shí)刻的時(shí)間差為4 s.

2) 中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司的KJ90X型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)。

如圖6、7、8所示，1065收作工作面安裝了T0甲烷傳感器(02A15)，從監(jiān)控系統(tǒng)上看，其關(guān)聯(lián)的斷電控制口為1065收作面高爆609斷電器(22C06)，對應(yīng)的饋電傳感器為1065收作面高爆609斷電器(22D06)，控制類型為異地控制。2021年8月4日甲烷傳感器調(diào)校時(shí)，查詢監(jiān)控系統(tǒng)記錄，T0甲烷傳感器第一次達(dá)到斷電控制時(shí)刻為11時(shí)36分02秒、斷電控制執(zhí)行時(shí)刻為11時(shí)36分09秒、饋電“無電”時(shí)刻11時(shí)36分11秒，第二次達(dá)到斷電控制時(shí)刻為11時(shí)39分29秒、斷電控制執(zhí)行時(shí)刻為11時(shí)36分39秒、饋電“無電”時(shí)刻11時(shí)39分38秒，兩次達(dá)到斷電值時(shí)刻與饋電反饋無電時(shí)刻的時(shí)間差均為9 s.

結(jié)合上面兩個(gè)例子可以看出，例2的“異地?cái)嚯娍刂茍?zhí)行時(shí)間”結(jié)果符合《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造驗(yàn)收規(guī)范》提到的“異地?cái)嚯姽δ軠y試”指標(biāo)要求，為合規(guī)項(xiàng)。例1的兩個(gè)時(shí)間差分別為0、4 s，如果只是單純看系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)，會簡單認(rèn)定例1b)的測試結(jié)果超標(biāo)需整改，但是需要注意的是，根據(jù)前面提到的分站功能要求，甲烷超限斷電閉鎖控制功能是分站自主實(shí)現(xiàn)的，但是系統(tǒng)軟件對井下分站是有設(shè)備巡檢要求的，如果斷電命令執(zhí)行時(shí)，中心站軟件恰巧巡檢到該分站，那么系統(tǒng)采集到的斷電值時(shí)刻和分站“斷開”命令時(shí)刻是有可能一致的。同理，由于斷電器和饋電開關(guān)有動作時(shí)間，分站采集的饋電反饋信號有可能在一個(gè)巡檢周期后再上傳至中心站，所以饋電反饋無電時(shí)刻與分站“斷開”命令時(shí)刻的時(shí)間差，會出現(xiàn)例1b)中的超過2 s現(xiàn)象。需要強(qiáng)調(diào)的是，這個(gè)結(jié)果并未超過巡檢周期20 s的要求，即例1b)的結(jié)果仍然是合規(guī)的。

圖6 1065工作面T0甲烷傳感器達(dá)到斷電值時(shí)刻圖

圖7 1065工作面609高爆斷電器斷電時(shí)刻圖

6 結(jié) 論

監(jiān)控系統(tǒng)“就地控制執(zhí)行時(shí)間”應(yīng)該是監(jiān)控分站本地控制的前提下，傳感器報(bào)警到控制設(shè)備完成斷電時(shí)間，且不能超過2 s，這個(gè)數(shù)據(jù)只能由現(xiàn)場實(shí)測得來。監(jiān)控系統(tǒng)查詢到的斷電值時(shí)刻與饋電反饋無電時(shí)刻，其時(shí)間差是指系統(tǒng)軟件巡檢到的相關(guān)數(shù)據(jù)，這個(gè)值不能超過系統(tǒng)巡檢周期，也就是20 s. 異地?cái)嚯娛侵缚缭椒终镜臄嚯娍刂?，它必須依賴系統(tǒng)軟件中繼傳遞控制，其最長不能超過40 s，也就是2倍巡檢周期。

“就地控制執(zhí)行時(shí)間”不能單純地使用斷電指令發(fā)出時(shí)間與饋電狀態(tài)無電時(shí)間的差值，一個(gè)是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的斷電命令時(shí)間，一個(gè)是饋電狀態(tài)傳感器經(jīng)分站傳至系統(tǒng)后記錄的饋電狀態(tài)時(shí)間。