煤矿杂散电流智能测量仪及专家系统研究

李济洲

（1．安徽理工大学，安徽淮南 232001；2．淮北职业技术学院，安徽淮北 235000）

煤矿杂散电流智能测量仪及专家系统研究

李济洲1，2

（1．安徽理工大学，安徽淮南 232001；2．淮北职业技术学院，安徽淮北 235000）

针对杂散电流对煤矿安全生产造成严重威胁的问题，通过对杂散电流的分析，开发杂散电流测量仪及分析防治专家系统。该系统通过与杂散电流新型测量仪器通信获取杂散电流现场测量数据，利用专家系统分析煤矿杂散电流的安全水平，同时对杂散电流的防治提出措施与建议，从而提高煤矿的杂散电流监测水平。

杂散电流；智能测量仪；专家系统

0 引言

杂散电流是一种因外界条件影响而产生的电流，是指存在于预设的电源网路之外的电流，其主要来源：一是电气牵引网路流经金属物（指铺轨以外的金属物）或大地返回直流变电所的电流；二是动力和照明交流电路的漏电；三是大地自然电流；四是雷电和电磁辐射的感应电流等。在矿井中采用架线式电力机车运输，会存在杂散电流。而杂散电流会对矿井安全生产及设备的正常使用产生很大的危害。采用杂散电流智能测量仪及分析防治专家系统可以测试杂散电流、架线泄漏杂散电流、架线末端的空载电压和电机车的启动电压等参数，并可实时显示和打印。更为重要的是可以通过专家系统对测试数据进行分析、评估，确定杂散电流的安全水平，从而在井下进行杂散电流的安全预警，及时采取行之有效的防治措施。

1 杂散电流的危害

1．1 杂散电流致使电雷管先期引爆

掘进巷道内杂散电流量是较大的，掘进工作面内轨道与运输大巷的轨道相连，当电力机车在运输大巷中运行时，其轨道对地有电位，而在掘进巷道内除了铺设有轨道外，还有与总接地网相连的各种管线，在掘进巷道施工时，有许多机会使雷管的2根导线分别碰到钢轨和管线，当雷管中通过的电流大于300mA时，就可能使雷管引爆。

1．2 杂散电流会引起煤尘或瓦斯爆炸

由于杂散电流存在，金属碰撞管路或轨道时，会产生电火花，当电火花能量足够大时，超限瓦斯或煤尘就可能产生爆炸；在抽放瓦斯专用管路的管壁中也会有杂散电流流过，如果生产条件变化而需要拆装管路时，若管线上的杂散电流足够大，在打开管线的同时就有电火花产生，导致管线内残留的瓦斯着火而引爆。

1．3 杂散电流会造成漏电保护的误动作

当电力机车在巷道内运行，到达综采区的附近时，综采区附近岩壁、巷道的电位均比接地网的电位要高，比变电所回电点的电位更高，因此杂散电流便会通过电网的绝缘电阻进入综采区低压电网，再经过检漏回路流回总接地网，造成漏电保护装置误动作，影响煤矿的正常生产与安全供电。

1．4 杂散电流会腐蚀管线及金属结构

井下运输巷道中，金属管路或铠装电缆是杂散电流的良好通道，由于井下潮湿的环境及酸性水的存在，杂散电流从管线中的流出点使管线受到严重的电化学腐蚀。煤炭行业每年因腐蚀造成的直接或间接经济损失巨大。统计表明，高压铠装电缆故障有20%是由于电缆受腐蚀引起，造成井下电网发生单相接地故障引发其他电气事故，另外瓦斯管路的腐蚀穿孔会造成瓦斯泄漏，水管的腐蚀穿孔会造成漏水事故。

1．5 杂散电流还有可能造成人身触电、干扰通信系统

随着煤矿开采能力的提升，杂散电流的危害问题更加突出。因此，杂散电流及其危害是必须高度重视的问题。但由于对杂散电流的危害程度认识不足，目前国内对杂散电流的研究较少，杂散电流的检测和分析需要依赖技术人员自身的素质，测试仪器仍比较落后。因此，对煤矿井下杂散电流的机理进行深入研究，开发新型杂散电流检测装置和杂散电流分析防止专家系统，对提高煤矿的杂散电流监测防止水平十分必要。

2 煤矿杂散电流智能测量仪及分析防治专家系统研究

2．1 杂散电流的理论分析

利用计算机仿真系统对煤矿井下杂散电流的分布规律进行分析总结，并用实测煤矿杂散电流数据进行验证分析，确定供电区的有效长度、机车启动电流、轨道纵向电阻等参数对杂散电流的影响；另外，对轨道对管线局部短接、轨地过渡电阻偏小、轨道局部接缝电阻偏大、相应的绝缘夹板电阻减小、多台机车频繁启动时等特定情况进行杂散电流分布规律的研究。根据理论研究结果确定井下杂散电流典型测试点、测试周期及杂散电流防治措施和方法。

2．2 开发煤矿杂散电流智能测量仪

开发本安型杂散电流智能测试仪器，应满足GB／T17682－1999《矿山杂散电流的测定》要求，并具备便携、电池供电、大容量数据掉电存储、人机界面友好、测试接口方便、通信等功能，实现煤矿井下杂散电流的测试水平提高。

2．3 开发煤矿杂散电流分析防治专家系统软件

根据理论研究成果和专家经验，构造杂散电流分析防治专家系统，该系统具备数据输入、整理、分析、保存，知识点增减、逻辑增减等功能。知识表示拟采用产生式规则表示法，推理机拟采用模糊推理。专家系统可实现历史数据的保存与分析功能，通过连续测试周期的数据积累，可实现各测试点杂散电流变化规律的趋势分析与比较。

该专家系统通过与杂散电流新型测量仪器通信获取杂散电流现场测量数据，利用专家系统分析煤矿杂散电流的安全水平，同时对杂散电流的防治提出措施与建议。此外还可以发挥培训和咨询功能。

2．4 制定煤矿杂散电流测试、分析及防治规范性文件

对于杂散电流必须遵循“主动防治”原则，必须制定煤矿杂散电流测试、分析及防治规范性文件。根据煤矿的实际情况及理论研究与现场实际测量结果，确定杂散电流测试的时间、地点、内容等，按照规范性文件分析测量结论，提出防治建议，采取防治措施。

3 杂散电流智能测量仪与杂散电流分析防治专家系统的功能和特点

该杂散电流智能测量仪与杂散电流分析防治专家系统能深入分析井下杂散电流的分布规律，建立井下杂散电流仿真模型，为杂散电流的监测和防治提供理论依据；系统采用嵌入式系统开发便携式本安型煤矿杂散电流智能测试仪，要求具有高测量精度、人机交互界面、大容量数据存储、通信等功能；能深入分析杂散电流的危害并提出行之有效的防治方法；还可以构造知识点、推理机，建立煤矿杂散电流分析防治专家系统。

专家系统（Expert System，简称ES），是一种拥有大量专门知识的计算机程序系统。主要功能结构由五个部分构成：知识库、推理机、综合数据库、解释接口和知识获取模块。专家系统包括系统总控、综合推理子系统、知识库及其管理子系统、数据库及其管理子系统、解释接口等，如图1。

图1 专家系统功能结构框图

从结构上看，一个专家系统必须具有一个独立的知识库作为该系统的核心。从功能上看，专家系统主要是一种知识信息处理系统，依靠知识表示来确定问题的求解途径，使用知识推理来求解问题、制定决策。

将专家系统应用于杂散电流的防治，可以集中相关技术领域专家的智慧，充分发挥专家在杂散电流防治中根据感觉、知识、经验所进行的推理判断的能力，并可适用于各种场合和各种情况，不受现场人员技术水平的制约和其他人为因素的影响。有助于及时发现隐患并将分析超过转化为有效的防治措施，将损失降低至最低范围，同时专家系统在培训和咨询方面也可以发挥重要作用。

4 结论

井下直流牵引供电系统的杂散电流对煤矿安全生产造成了严重威胁，必须高度重视煤矿井下的杂散电流及其危害问题。对于架线泄漏杂散电流、架线末端的空载电压、轨道纵向电阻、轨地电压和电机车的启动电压等参数，利用煤矿杂散电流智能测量仪及分析防治专家系统都可以进行测试并将数据实时显示。数据上传至上位机后，利用专家系统对测试数据进行分析，评估杂散电流的安全水平，进行安全预警，采取行之有效的防治措施，可以提高杂散电流的监测水平，实现“主动防治”目标，对煤矿的安全生产和经济运行具有重要作用，经济效益十分显著。

［1］ 钱敏．矿山杂散电流及轨道接缝电阻综合测试仪的研制［D］．青岛：山东科技大学，2010．

［2］ 郭贺飞，李耀清．杂散电流智能测量研究与应用［J］．河北煤炭，2011（4）．

［3］ 彭蓬．基于SOPC和矢量图技术的离线矿山杂散电流防治系统的设计［J］．中国煤炭，2010（11）．

责任编辑：訾兴建

TD6

A

1671－8275（2012）04－0141－02

2012－06－12

李济洲（1977－），男，安徽淮北人，安徽理工大学2010级工程硕士，淮北职业技术学院机电系教师。研究方向：微机监控。