淺析甲烷傳感器誤報警原因及改進措施

張 斌

(西山煤電集團 馬蘭礦，山西 古交 030205)

淺析甲烷傳感器誤報警原因及改進措施

張 斌

(西山煤電集團 馬蘭礦，山西 古交 030205)

簡述了KJ90型煤礦安全監測監控系統中甲烷傳感器常見的幾種誤報警原因，對引起誤報警的原因進行了分析，并提出了一系列的改進措施，避免了誤報警的情況發生，對煤礦正常、安全運轉起到積極的作用。

甲烷傳感器；誤報警；防范措施

西山煤電集團馬蘭礦屬煤與瓦斯突出礦井，瓦斯帶來的安全風險比較大。為了避免瓦斯事故的發生，該礦在2004年率先采用中煤科工集團研制的KJ90礦井安全監測監控系統對整個礦井進行實時監控，在一定程度上對井下瓦斯起到監測作用。但是，由于井下礦塵、電磁波等復雜環境的干擾影響，該套監控系統采用以來，暴露出可靠性差、誤報警率高等問題，對煤礦安全、高效生產造成一定損失。為杜絕甲烷傳感器在非正常情況下出現誤報警現象，提高煤礦監控系統的可靠性，保證生產的安全、高效性，特對甲烷傳感器可能發生的誤報警原因進行分析，并且提出改進措施。

1 KJ90監控系統簡介

KJ90監控系統主要由3部分構成：地面監控中心、井下分站和各種傳感器。KJ90監控系統構成見圖1.

圖1 KJ90監測系統構成圖

2 甲烷傳感器誤報警原因分析

2.1 甲烷傳感器工作原理

甲烷傳感器測量甲烷濃度的原理是載體催化及熱導原理，傳感器探頭為其主要構成部分，由載體催化及熱導元件與金屬膜電阻、調節電位等部分組成。傳感器工作時，被測環境中甲烷氣體由于擴散原理進入到傳感器探頭中，探頭中敏感元件與之反應，并將之轉化為電信號，該信號被放大后進入A/D轉換器進行模數轉化，然后進入與之相連的井下監控分站及地面中心，從而實現井下聯網監控，實時聲光報警的功能。

2.2 系統電源故障

系統電源故障使甲烷傳感器傳輸的頻率會由于供電狀態的變化而發生突然變化，導致誤報警。監測系統電源電路及接電盒維護不及時，或者接線時有不合規范的情況發生，都有可能導致系統電源故障。監測線路經常淋水，也會導致系統供電異常。系統電源故障情況下瓦斯監測曲線圖見圖2.

圖2 系統電源故障下瓦斯監測曲線圖

由圖2可知，當電源發生故障時，會在系統內部產生脈沖電流，電流的突變導致瓦斯監測圖中瓦斯濃度急劇增大，遠超過報警值，從而導致誤報警。

2.3 瓦斯傳感器故障及復電

瓦斯傳感器連續使用時間過長，維護、保養不及時，電橋電阻會出現突然斷開的現象，導致監測系統異常而出現誤報警。

瓦斯傳感器內部電路板、元器件和線路出現故障，尤其是轉換電路運行當中無故損壞，會導致系統異常。

傳感器航空插頭插接部分螺絲未旋緊，或長時間使用后出現松動，以及風吹動時震動頻率為400～1 000 Hz時，都會出現報警現象。瓦斯傳感器故障下瓦斯監測曲線圖見圖3.

圖3 瓦斯傳感器故障下瓦斯監測曲線圖

由圖3可以看出，傳感器故障導致的瓦斯濃度達到報警值的時間會持續幾秒到十幾秒，然后趨于穩定。

瓦斯傳感器在使用前或者大修后未調試合格，未進行試運行便投入使用。在傳感器通電瞬間，瓦斯可能會出現一瞬間峰值，導致報警。傳感器復電情況下瓦斯監測曲線圖見圖4.

圖4 傳感器復電情況下瓦斯監測曲線圖

由圖4可以看出，系統未經調試合格即通電導致瓦斯監測濃度升高的時間一般不會超過20 s.

2.4 傳感器線路受到干擾

監控系統即使有濾波功能，當線路電纜與變頻設備距離太近時，變頻設備的頻率為400～1 000 Hz，會對傳感器線路造成信號干擾，進而出現報警。

2.5 人為原因

傳感器受到摔、碰等強烈震動，例如放炮崩壞、刮板輸送機和耙矸機拉壞等，都會出現報警。

甲烷傳感器的進氣口和聲光報警面板被堵塞或者由于怕進水用不透光的物體遮擋，均會造成傳感器失靈，出現報警。

井下日常線路檢修時，接線震動產生的頻率與甲烷值報警頻率相同，也會導致誤報警。

井下巷道溫度過高，在巷道內比較潮濕的情況下，會產生蒸汽，使巷道兩幫和傳感器長期處于濕潤狀態，也會導致誤報警的產生。

井下靠近傳感器的地方使用油漆涂刷時，會因為松香水碳氫物質濃度超標而導致誤報警。

信號電纜連接錯誤，導致傳感器類型和中心站設置不一致，或者傳感器量程與中心站上設置的不一致，報警點設置不同，都會導致誤報警。

2.6 傳感器在井下安裝的位置不當

回采工作面進風巷與回風巷以及掘進工作面因其環境不同，傳感器的設置類型也不相同。傳感器的種類很多，若傳感器種類設置不當，也會引起報警。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 改進措施

3.1 系統性故障改進措施

1) 加強井下傳感器的日常維修、保養，連續使用超過6個月時，必須徹底保養一次，并做好保養臺賬，連續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刻旋緊，且在挪動工作中的甲烷傳感器時，也應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，按說明書的規定，經調試合格，在地面試運行1～2天后方可入井投入使用。

4) 原則上要求巷道內的監測系統所用電纜與電力電纜應分別掛在巷道兩側，還應與變頻設備、線路分開吊掛，滿足一定的安全距離，避免其他設備、線路頻率的變化對系統的干擾。若巷道內空間條件受限，可將監測系統電纜布設在電力電纜0.1 m以外的地方。

3.2 人為原因導致的故障改進措施

1) 甲烷傳感器要掛放牢固，盡量設置在設備、材料等運輸時不易被碰撞的地方，摘取、挪動時至少兩個人配合，一人挪動，另外一個人負責收線，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警面板和進氣口，以防造成傳感器失靈。

3) 嚴格按照《煤礦安全規程》的規定接線，不出現虛接、短接等現象。

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

5) 井下盡量不使用松香水碳氫物質超標的油漆，若必須使用，嚴格控制使用量，且不隨意丟放油漆及刷漆工具。

6) 井下電纜接線時一定細心，不出現低級錯誤，井下監控站和地面中心設置保證一致。

3.3 傳感器安裝的位置及種類不當的改進措施

1) 回采工作面及其順槽傳感器的設置優化。

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，所以在進風巷道中安裝傳感器T3. 回采工作面及其順槽傳感器布置優化圖見圖5.

圖5 回采工作面及其順槽傳感器布置優化圖

2) 掘進工作面的傳感器設置優化。

掘進工作面中，T1和T2必須安裝，由于該礦為煤與瓦斯突出礦井，所以在風機前3～5 m安裝傳感器T3. 掘進工作面的傳感器優化布置圖見圖6.

圖6 掘進工作面的傳感器優化布置圖

3) 各類型傳感器的具體設置必須嚴格按照《煤礦安全規程》、《AQ 1029-2007煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范》和《AQ 6201-2006煤礦安全監控系統通用技術要求》的相關內容進行規范設置。

4 結 論

通過對甲烷監測系統可能導致誤報警的原因分析，提出了改進措施。指出提高一線工人對傳感器的認識水平，既有利于防止隱患，又可以在遇到實際情況時及時找出誤報警的原因，及時處理，從而達到可靠地保證礦井生產和職工人身安全的目標。

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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年畢業于河北工程大學，助理工程師，主要從事煤礦安全儀器監測工作(E-mail)331612278@qq.com

TD76

B

1672-0652(2017)06-0047-04