浅析甲烷传感器误报警原因及改进措施

张 斌

(西山煤电集团 马兰矿，山西 古交 030205)

浅析甲烷传感器误报警原因及改进措施

张 斌

(西山煤电集团 马兰矿，山西 古交 030205)

简述了KJ90型煤矿安全监测监控系统中甲烷传感器常见的几种误报警原因，对引起误报警的原因进行了分析，并提出了一系列的改进措施，避免了误报警的情况发生，对煤矿正常、安全运转起到积极的作用。

甲烷传感器；误报警；防范措施

西山煤电集团马兰矿属煤与瓦斯突出矿井，瓦斯带来的安全风险比较大。为了避免瓦斯事故的发生，该矿在2004年率先采用中煤科工集团研制的KJ90矿井安全监测监控系统对整个矿井进行实时监控，在一定程度上对井下瓦斯起到监测作用。但是，由于井下矿尘、电磁波等复杂环境的干扰影响，该套监控系统采用以来，暴露出可靠性差、误报警率高等问题，对煤矿安全、高效生产造成一定损失。为杜绝甲烷传感器在非正常情况下出现误报警现象，提高煤矿监控系统的可靠性，保证生产的安全、高效性，特对甲烷传感器可能发生的误报警原因进行分析，并且提出改进措施。

1 KJ90监控系统简介

KJ90监控系统主要由3部分构成：地面监控中心、井下分站和各种传感器。KJ90监控系统构成见图1.

图1 KJ90监测系统构成图

2 甲烷传感器误报警原因分析

2.1 甲烷传感器工作原理

甲烷传感器测量甲烷浓度的原理是载体催化及热导原理，传感器探头为其主要构成部分，由载体催化及热导元件与金属膜电阻、调节电位等部分组成。传感器工作时，被测环境中甲烷气体由于扩散原理进入到传感器探头中，探头中敏感元件与之反应，并将之转化为电信号，该信号被放大后进入A/D转换器进行模数转化，然后进入与之相连的井下监控分站及地面中心，从而实现井下联网监控，实时声光报警的功能。

2.2 系统电源故障

系统电源故障使甲烷传感器传输的频率会由于供电状态的变化而发生突然变化，导致误报警。监测系统电源电路及接电盒维护不及时，或者接线时有不合规范的情况发生，都有可能导致系统电源故障。监测线路经常淋水，也会导致系统供电异常。系统电源故障情况下瓦斯监测曲线图见图2.

图2 系统电源故障下瓦斯监测曲线图

由图2可知，当电源发生故障时，会在系统内部产生脉冲电流，电流的突变导致瓦斯监测图中瓦斯浓度急剧增大，远超过报警值，从而导致误报警。

2.3 瓦斯传感器故障及复电

瓦斯传感器连续使用时间过长，维护、保养不及时，电桥电阻会出现突然断开的现象，导致监测系统异常而出现误报警。

瓦斯传感器内部电路板、元器件和线路出现故障，尤其是转换电路运行当中无故损坏，会导致系统异常。

传感器航空插头插接部分螺丝未旋紧，或长时间使用后出现松动，以及风吹动时震动频率为400～1 000 Hz时，都会出现报警现象。瓦斯传感器故障下瓦斯监测曲线图见图3.

图3 瓦斯传感器故障下瓦斯监测曲线图

由图3可以看出，传感器故障导致的瓦斯浓度达到报警值的时间会持续几秒到十几秒，然后趋于稳定。

瓦斯传感器在使用前或者大修后未调试合格，未进行试运行便投入使用。在传感器通电瞬间，瓦斯可能会出现一瞬间峰值，导致报警。传感器复电情况下瓦斯监测曲线图见图4.

图4 传感器复电情况下瓦斯监测曲线图

由图4可以看出，系统未经调试合格即通电导致瓦斯监测浓度升高的时间一般不会超过20 s.

2.4 传感器线路受到干扰

监控系统即使有滤波功能，当线路电缆与变频设备距离太近时，变频设备的频率为400～1 000 Hz，会对传感器线路造成信号干扰，进而出现报警。

2.5 人为原因

传感器受到摔、碰等强烈震动，例如放炮崩坏、刮板输送机和耙矸机拉坏等，都会出现报警。

甲烷传感器的进气口和声光报警面板被堵塞或者由于怕进水用不透光的物体遮挡，均会造成传感器失灵，出现报警。

井下日常线路检修时，接线震动产生的频率与甲烷值报警频率相同，也会导致误报警。

井下巷道温度过高，在巷道内比较潮湿的情况下，会产生蒸汽，使巷道两帮和传感器长期处于湿润状态，也会导致误报警的产生。

井下靠近传感器的地方使用油漆涂刷时，会因为松香水碳氢物质浓度超标而导致误报警。

信号电缆连接错误，导致传感器类型和中心站设置不一致，或者传感器量程与中心站上设置的不一致，报警点设置不同，都会导致误报警。

2.6 传感器在井下安装的位置不当

回采工作面进风巷与回风巷以及掘进工作面因其环境不同，传感器的设置类型也不相同。传感器的种类很多，若传感器种类设置不当，也会引起报警。几种常见的甲烷传感器类型见表1.

表1 甲烷传感器类型表

3 改进措施

3.1 系统性故障改进措施

1) 加强井下传感器的日常维修、保养，连续使用超过6个月时，必须彻底保养一次，并做好保养台账，连续使用一年以上的传感器，黑白元件不管是否完好，必须更换。

2) 要保证甲烷传感器航空插头插接部分螺丝时刻旋紧，且在挪动工作中的甲烷传感器时，也应该保证插头插接部分牢固。

3) 不管是初次使用还是大修后的甲烷传感器，按说明书的规定，经调试合格，在地面试运行1～2天后方可入井投入使用。

4) 原则上要求巷道内的监测系统所用电缆与电力电缆应分别挂在巷道两侧，还应与变频设备、线路分开吊挂，满足一定的安全距离，避免其他设备、线路频率的变化对系统的干扰。若巷道内空间条件受限，可将监测系统电缆布设在电力电缆0.1 m以外的地方。

3.2 人为原因导致的故障改进措施

1) 甲烷传感器要挂放牢固，尽量设置在设备、材料等运输时不易被碰撞的地方，摘取、挪动时至少两个人配合，一人挪动，另外一个人负责收线，且要轻取轻放，禁止摔、碰。

2) 禁止使用不透气物品遮挡、包裹甲烷传感器声光报警面板和进气口，以防造成传感器失灵。

3) 严格按照《煤矿安全规程》的规定接线，不出现虚接、短接等现象。

4) 处于容易产生蒸汽的巷道中的甲烷传感器每月定期升井烘干，并且再次使用前经检验合格后方可入井。

5) 井下尽量不使用松香水碳氢物质超标的油漆，若必须使用，严格控制使用量，且不随意丢放油漆及刷漆工具。

6) 井下电缆接线时一定细心，不出现低级错误，井下监控站和地面中心设置保证一致。

3.3 传感器安装的位置及种类不当的改进措施

1) 回采工作面及其顺槽传感器的设置优化。

回采工作面中，T0、T1和T2必须安装，由于该矿井为煤与瓦斯突出矿井，所以在进风巷道中安装传感器T3. 回采工作面及其顺槽传感器布置优化图见图5.

图5 回采工作面及其顺槽传感器布置优化图

2) 掘进工作面的传感器设置优化。

掘进工作面中，T1和T2必须安装，由于该矿为煤与瓦斯突出矿井，所以在风机前3～5 m安装传感器T3. 掘进工作面的传感器优化布置图见图6.

图6 掘进工作面的传感器优化布置图

3) 各类型传感器的具体设置必须严格按照《煤矿安全规程》、《AQ 1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》和《AQ 6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求》的相关内容进行规范设置。

4 结 论

通过对甲烷监测系统可能导致误报警的原因分析，提出了改进措施。指出提高一线工人对传感器的认识水平，既有利于防止隐患，又可以在遇到实际情况时及时找出误报警的原因，及时处理，从而达到可靠地保证矿井生产和职工人身安全的目标。

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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

张 斌(1982—)，男，山西古交人，2012年毕业于河北工程大学，助理工程师，主要从事煤矿安全仪器监测工作(E-mail)331612278@qq.com

TD76

B

1672-0652(2017)06-0047-04