煤礦雜散電流智能測量儀及專家系統研究

李濟洲

（1．安徽理工大學，安徽淮南 232001；2．淮北職業技術學院，安徽淮北 235000）

煤礦雜散電流智能測量儀及專家系統研究

李濟洲1，2

（1．安徽理工大學，安徽淮南 232001；2．淮北職業技術學院，安徽淮北 235000）

針對雜散電流對煤礦安全生產造成嚴重威脅的問題，通過對雜散電流的分析，開發雜散電流測量儀及分析防治專家系統。該系統通過與雜散電流新型測量儀器通信獲取雜散電流現場測量數據，利用專家系統分析煤礦雜散電流的安全水平，同時對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測水平。

雜散電流；智能測量儀；專家系統

0 引言

雜散電流是一種因外界條件影響而產生的電流，是指存在于預設的電源網路之外的電流，其主要來源：一是電氣牽引網路流經金屬物（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電流等。在礦井中采用架線式電力機車運輸，會存在雜散電流。而雜散電流會對礦井安全生產及設備的正常使用產生很大的危害。采用雜散電流智能測量儀及分析防治專家系統可以測試雜散電流、架線泄漏雜散電流、架線末端的空載電壓和電機車的啟動電壓等參數，并可實時顯示和打印。更為重要的是可以通過專家系統對測試數據進行分析、評估，確定雜散電流的安全水平，從而在井下進行雜散電流的安全預警，及時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

掘進巷道內雜散電流量是較大的，掘進工作面內軌道與運輸大巷的軌道相連，當電力機車在運輸大巷中運行時，其軌道對地有電位，而在掘進巷道內除了鋪設有軌道外，還有與總接地網相連的各種管線，在掘進巷道施工時，有許多機會使雷管的2根導線分別碰到鋼軌和管線，當雷管中通過的電流大于300mA時，就可能使雷管引爆。

1．2 雜散電流會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，會產生電火花，當電火花能量足夠大時，超限瓦斯或煤塵就可能產生爆炸；在抽放瓦斯專用管路的管壁中也會有雜散電流流過，如果生產條件變化而需要拆裝管路時，若管線上的雜散電流足夠大，在打開管線的同時就有電火花產生，導致管線內殘留的瓦斯著火而引爆。

1．3 雜散電流會造成漏電保護的誤動作

當電力機車在巷道內運行，到達綜采區的附近時，綜采區附近巖壁、巷道的電位均比接地網的電位要高，比變電所回電點的電位更高，因此雜散電流便會通過電網的絕緣電阻進入綜采區低壓電網，再經過檢漏回路流回總接地網，造成漏電保護裝置誤動作，影響煤礦的正常生產與安全供電。

1．4 雜散電流會腐蝕管線及金屬結構

井下運輸巷道中，金屬管路或鎧裝電纜是雜散電流的良好通道，由于井下潮濕的環境及酸性水的存在，雜散電流從管線中的流出點使管線受到嚴重的電化學腐蝕。煤炭行業每年因腐蝕造成的直接或間接經濟損失巨大。統計表明，高壓鎧裝電纜故障有20%是由于電纜受腐蝕引起，造成井下電網發生單相接地故障引發其他電氣事故，另外瓦斯管路的腐蝕穿孔會造成瓦斯泄漏，水管的腐蝕穿孔會造成漏水事故。

1．5 雜散電流還有可能造成人身觸電、干擾通信系統

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。但由于對雜散電流的危害程度認識不足，目前國內對雜散電流的研究較少，雜散電流的檢測和分析需要依賴技術人員自身的素質，測試儀器仍比較落后。因此，對煤礦井下雜散電流的機理進行深入研究，開發新型雜散電流檢測裝置和雜散電流分析防止專家系統，對提高煤礦的雜散電流監測防止水平十分必要。

2 煤礦雜散電流智能測量儀及分析防治專家系統研究

2．1 雜散電流的理論分析

利用計算機仿真系統對煤礦井下雜散電流的分布規律進行分析總結，并用實測煤礦雜散電流數據進行驗證分析，確定供電區的有效長度、機車啟動電流、軌道縱向電阻等參數對雜散電流的影響；另外，對軌道對管線局部短接、軌地過渡電阻偏小、軌道局部接縫電阻偏大、相應的絕緣夾板電阻減小、多臺機車頻繁啟動時等特定情況進行雜散電流分布規律的研究。根據理論研究結果確定井下雜散電流典型測試點、測試周期及雜散電流防治措施和方法。

2．2 開發煤礦雜散電流智能測量儀

開發本安型雜散電流智能測試儀器，應滿足GB／T17682－1999《礦山雜散電流的測定》要求，并具備便攜、電池供電、大容量數據掉電存儲、人機界面友好、測試接口方便、通信等功能，實現煤礦井下雜散電流的測試水平提高。

2．3 開發煤礦雜散電流分析防治專家系統軟件

根據理論研究成果和專家經驗，構造雜散電流分析防治專家系統，該系統具備數據輸入、整理、分析、保存，知識點增減、邏輯增減等功能。知識表示擬采用產生式規則表示法，推理機擬采用模糊推理。專家系統可實現歷史數據的保存與分析功能，通過連續測試周期的數據積累，可實現各測試點雜散電流變化規律的趨勢分析與比較。

該專家系統通過與雜散電流新型測量儀器通信獲取雜散電流現場測量數據，利用專家系統分析煤礦雜散電流的安全水平，同時對雜散電流的防治提出措施與建議。此外還可以發揮培訓和咨詢功能。

2．4 制定煤礦雜散電流測試、分析及防治規范性文件

對于雜散電流必須遵循“主動防治”原則，必須制定煤礦雜散電流測試、分析及防治規范性文件。根據煤礦的實際情況及理論研究與現場實際測量結果，確定雜散電流測試的時間、地點、內容等，按照規范性文件分析測量結論，提出防治建議，采取防治措施。

3 雜散電流智能測量儀與雜散電流分析防治專家系統的功能和特點

該雜散電流智能測量儀與雜散電流分析防治專家系統能深入分析井下雜散電流的分布規律，建立井下雜散電流仿真模型，為雜散電流的監測和防治提供理論依據；系統采用嵌入式系統開發便攜式本安型煤礦雜散電流智能測試儀，要求具有高測量精度、人機交互界面、大容量數據存儲、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；還可以構造知識點、推理機，建立煤礦雜散電流分析防治專家系統。

專家系統（Expert System，簡稱ES），是一種擁有大量專門知識的計算機程序系統。主要功能結構由五個部分構成：知識庫、推理機、綜合數據庫、解釋接口和知識獲取模塊。專家系統包括系統總控、綜合推理子系統、知識庫及其管理子系統、數據庫及其管理子系統、解釋接口等，如圖1。

圖1 專家系統功能結構框圖

從結構上看，一個專家系統必須具有一個獨立的知識庫作為該系統的核心。從功能上看，專家系統主要是一種知識信息處理系統，依靠知識表示來確定問題的求解途徑，使用知識推理來求解問題、制定決策。

將專家系統應用于雜散電流的防治，可以集中相關技術領域專家的智慧，充分發揮專家在雜散電流防治中根據感覺、知識、經驗所進行的推理判斷的能力，并可適用于各種場合和各種情況，不受現場人員技術水平的制約和其他人為因素的影響。有助于及時發現隱患并將分析超過轉化為有效的防治措施，將損失降低至最低范圍，同時專家系統在培訓和咨詢方面也可以發揮重要作用。

4 結論

井下直流牽引供電系統的雜散電流對煤礦安全生產造成了嚴重威脅，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、軌地電壓和電機車的啟動電壓等參數，利用煤礦雜散電流智能測量儀及分析防治專家系統都可以進行測試并將數據實時顯示。數據上傳至上位機后，利用專家系統對測試數據進行分析，評估雜散電流的安全水平，進行安全預警，采取行之有效的防治措施，可以提高雜散電流的監測水平，實現“主動防治”目標，對煤礦的安全生產和經濟運行具有重要作用，經濟效益十分顯著。

［1］ 錢敏．礦山雜散電流及軌道接縫電阻綜合測試儀的研制［D］．青島：山東科技大學，2010．

［2］ 郭賀飛，李耀清．雜散電流智能測量研究與應用［J］．河北煤炭，2011（4）．

［3］ 彭蓬．基于SOPC和矢量圖技術的離線礦山雜散電流防治系統的設計［J］．中國煤炭，2010（11）．

責任編輯：訾興建

TD6

A

1671－8275（2012）04－0141－02

2012－06－12

李濟洲（1977－），男，安徽淮北人，安徽理工大學2010級工程碩士，淮北職業技術學院機電系教師。研究方向：微機監控。