煤礦安全監控系統“就地控制執行時間”探討

李 志

(淮北礦業集團 通防地測部， 安徽 淮北 235000)

《煤礦安全監控系統通用技術要求》(AQ6201-2019)要求，煤礦安全監控系統“就地控制執行時間應不大于2 s”. 目前，關于如何理解“控制執行時間”及其時長的相關要求，尚無明確說明。本文結合煤礦實際情況和監控系統有關標準規范，展開相關探討。

1 斷電控制目的

現階段，煤礦安全監控系統(以下簡稱“監控系統”)主要以井下通風、瓦斯狀態為主要監測監控對象，即當井下瓦斯出現異常時，能立即切斷被控區域內全部非本質安全型電氣設備的電源且閉鎖，并使用饋電狀態傳感器實時監測被控設備斷電情況，防止人為取消斷電功能，確保井下現場安全。所以，斷電控制功能做為監控系統最基本、最重要的功能，必須做到實時、靈敏、可靠。

2 瓦斯爆炸時間因素分析

目前，煤礦生產最大的安全隱患是瓦斯事故，后果最嚴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生是無法避免的。當處于爆炸界限的瓦斯+引火源+充足的氧氣這3個條件同時具備時，就有可能會發生瓦斯爆炸事故。但是因為瓦斯爆炸是一個極其復雜的化學反應過程，即使甲烷濃度達到了爆炸界限，遇到高溫火源也不會立即爆炸，需要一個很短的引火延遲時間(“感應期”)。因此，監控系統在斷電控制方面如何有效的利用感應期，在低于感應期的時間內切斷電氣設備的電源，避免電氣設備引起瓦斯爆炸事故，是監控系統實現安全斷電功能的一個重要體現。

3 “就地控制執行時間”相關標準

經查詢《煤礦安全監控系統通用技術要求》(AQ6201-2019)、《礦用分站》(MT/T 1005-2006)、《煤礦用固定式甲烷斷電儀》(AQ6208-2007)、《煤礦安全生產監控系統通用技術條件》(MT/T 1004-2006)等相關監測標準規范，均提到控制執行時間應滿足有關要求，其中安全監控分站甲烷超限斷電及甲烷風電閉鎖的控制執行時間應不大于2 s.

4 “就地控制執行時間”測試方法

1) 《煤礦監控系統主要性能測試方法》(MTT 772-1998).

在規定的輸入設備上發控制命令，用秒表測量從控制命令發出至控制執行指示器作出響應的時間。

使系統輸出控制信號的模擬量輸入值和開關量狀態，用秒表測量從信號輸入到控制執行指示器顯示相應動作的時間。

對已包含執行機構的試驗系統，試驗中測得的時間即為控制執行時間；對不包含執行機構的試驗系統，控制執行時間應為試驗中測得的時間加執行機構的動作時間。

2) 《礦用分站》(MT/T 1005-2006).

使傳感器或模擬量信號發生器的輸出達到分站所設置的斷電值，用秒表測量從信號輸入到控制執行器指示被控設備斷電的時間。

測得的時間與所配置執行器的動作時間之和即為控制執行時間。

3) 《煤礦用固定式甲烷斷電儀》(AQ6208-2007).

連接斷電儀主機與各設備，送電穩定運行后，調節模擬量信號發生器，輸入達到斷電點的模擬量信號，記錄信號輸入到斷電控制輸出接點動作的時間，測量3次，取最大值。

4) 《煤礦安全監控系統升級改造驗收規范》(煤安監技裝〔2019〕48號)。

該文件并無“就地控制執行時間”測試方法，但是提出了“異地斷電功能測試”測試辦法和指標要求，可以做為參考。具體為：首先是通過遙控器(或通入標準氣樣)的方法，在井下現場調整被測甲烷傳感器使其達到異地斷電觸發數值，并做好相應記錄；升井后，在監控系統軟件調取被測甲烷傳感器的數據記錄和對應的異地斷電事件記錄，分別記錄每個斷電值出現的最早時刻(TD)和斷電器每一次動作時對應饋電狀態為“無電”的最早時刻(TT)，其中TT到TD的時間差，其最大值即為異地斷電時間。一般情況下，異地斷電時間小于40 s可判定為合格。

綜上：根據“就地控制執行時間”的測試方法可以得出，該時間應以現場實測為準，是涉及斷電控制的設備實際運行時間。只有監控系統存在異地斷電時，其“控制執行時間”可以通過查詢監控系統記錄的方法來進行查證，且可以通過其查證結果來驗證系統性能是否可靠。

5 原因分析

根據監控分站的設計要求，監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斷電信息也是就地保存在分站中的。當甲烷傳感器檢測環境甲烷濃度達到或超過預先設定的斷電值時，無需經過中心站軟件干預，監控分站即自行發出斷電指令，驅動斷電控制器立即動作并切斷相關設備電源。斷電后，利用饋電狀態傳感器的監測功能，確認斷電功能是否可靠。下面舉例說明：

1) 重慶梅安森科技股份有限公司的KJ73X型煤礦安全監控系統。

a) 如圖1、2所示，312機巷掘進工作面分別安裝了T1甲烷傳感器(21A01)、T2甲烷傳感器(21A05)，從監控系統上看，其關聯的斷電控制口為312機巷斷電(21C13)，對應的饋電傳感器為312機巷饋電(21D13)，控制類型為分站本地控制。2021年8月4日甲烷傳感器調校試驗時，查詢監控系統記錄，T1達到斷電值時刻、斷電執行時刻、饋電反饋無電時刻均為8時4分2秒，T2達到斷電值時刻、斷電執行時刻、饋電反饋無電時刻均為8時47分58秒，其達到斷電值時刻與饋電反饋無電時刻的時間差為0.

b) 如圖3、4、5所示，72210里風巷掘進工作面安裝了T進甲烷傳感器(48A08)，從監控系統上看，其關聯的斷電控制口為72210里風巷斷電器(48C09)，對應的饋電傳感器為72210里風巷饋電6204(48D09)，控制類型為分站本地控制。2021年8月

圖1 312機巷T1甲烷傳感器及關聯斷電器、饋電狀態傳感器數據記錄圖

圖2 312機巷T2甲烷傳感器及關聯斷電器、饋電狀態傳感器數據記錄圖

圖3 72210里風巷T進4甲烷傳感器達到斷電值時刻圖

圖4 72210里風巷斷電器斷電時刻圖

圖5 72210里風巷饋電狀態傳感器無電時刻圖

31日甲烷電閉鎖測試試驗時，查詢監控系統記錄，T進甲烷傳感器達到斷電控制時刻、斷電控制執行時刻均為9時46分14秒，饋電“無電”時刻9時46分18秒，其達到斷電值時刻與饋電反饋無電時刻的時間差為4 s.

2) 中煤科工集團重慶研究院有限公司的KJ90X型煤礦安全監控系統。

如圖6、7、8所示，1065收作工作面安裝了T0甲烷傳感器(02A15)，從監控系統上看，其關聯的斷電控制口為1065收作面高爆609斷電器(22C06)，對應的饋電傳感器為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日甲烷傳感器調校時，查詢監控系統記錄，T0甲烷傳感器第一次達到斷電控制時刻為11時36分02秒、斷電控制執行時刻為11時36分09秒、饋電“無電”時刻11時36分11秒，第二次達到斷電控制時刻為11時39分29秒、斷電控制執行時刻為11時36分39秒、饋電“無電”時刻11時39分38秒，兩次達到斷電值時刻與饋電反饋無電時刻的時間差均為9 s.

結合上面兩個例子可以看出，例2的“異地斷電控制執行時間”結果符合《煤礦安全監控系統升級改造驗收規范》提到的“異地斷電功能測試”指標要求，為合規項。例1的兩個時間差分別為0、4 s，如果只是單純看系統記錄的數據，會簡單認定例1b)的測試結果超標需整改，但是需要注意的是，根據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現的，但是系統軟件對井下分站是有設備巡檢要求的，如果斷電命令執行時，中心站軟件恰巧巡檢到該分站，那么系統采集到的斷電值時刻和分站“斷開”命令時刻是有可能一致的。同理，由于斷電器和饋電開關有動作時間，分站采集的饋電反饋信號有可能在一個巡檢周期后再上傳至中心站，所以饋電反饋無電時刻與分站“斷開”命令時刻的時間差，會出現例1b)中的超過2 s現象。需要強調的是，這個結果并未超過巡檢周期20 s的要求，即例1b)的結果仍然是合規的。

圖6 1065工作面T0甲烷傳感器達到斷電值時刻圖

圖7 1065工作面609高爆斷電器斷電時刻圖

6 結 論

監控系統“就地控制執行時間”應該是監控分站本地控制的前提下，傳感器報警到控制設備完成斷電時間，且不能超過2 s，這個數據只能由現場實測得來。監控系統查詢到的斷電值時刻與饋電反饋無電時刻，其時間差是指系統軟件巡檢到的相關數據，這個值不能超過系統巡檢周期，也就是20 s. 異地斷電是指跨越分站的斷電控制，它必須依賴系統軟件中繼傳遞控制，其最長不能超過40 s，也就是2倍巡檢周期。

“就地控制執行時間”不能單純地使用斷電指令發出時間與饋電狀態無電時間的差值，一個是監控系統發出的斷電命令時間，一個是饋電狀態傳感器經分站傳至系統后記錄的饋電狀態時間。