煤矿安全监控系统“就地控制执行时间”探讨

李 志

(淮北矿业集团 通防地测部， 安徽 淮北 235000)

《煤矿安全监控系统通用技术要求》(AQ6201-2019)要求，煤矿安全监控系统“就地控制执行时间应不大于2 s”. 目前，关于如何理解“控制执行时间”及其时长的相关要求，尚无明确说明。本文结合煤矿实际情况和监控系统有关标准规范，展开相关探讨。

1 断电控制目的

现阶段，煤矿安全监控系统(以下简称“监控系统”)主要以井下通风、瓦斯状态为主要监测监控对象，即当井下瓦斯出现异常时，能立即切断被控区域内全部非本质安全型电气设备的电源且闭锁，并使用馈电状态传感器实时监测被控设备断电情况，防止人为取消断电功能，确保井下现场安全。所以，断电控制功能做为监控系统最基本、最重要的功能，必须做到实时、灵敏、可靠。

2 瓦斯爆炸时间因素分析

目前，煤矿生产最大的安全隐患是瓦斯事故，后果最严重的瓦斯事故是瓦斯爆炸，而由于煤层生成的原因，开采过程中瓦斯的产生是无法避免的。当处于爆炸界限的瓦斯+引火源+充足的氧气这3个条件同时具备时，就有可能会发生瓦斯爆炸事故。但是因为瓦斯爆炸是一个极其复杂的化学反应过程，即使甲烷浓度达到了爆炸界限，遇到高温火源也不会立即爆炸，需要一个很短的引火延迟时间(“感应期”)。因此，监控系统在断电控制方面如何有效的利用感应期，在低于感应期的时间内切断电气设备的电源，避免电气设备引起瓦斯爆炸事故，是监控系统实现安全断电功能的一个重要体现。

3 “就地控制执行时间”相关标准

经查询《煤矿安全监控系统通用技术要求》(AQ6201-2019)、《矿用分站》(MT/T 1005-2006)、《煤矿用固定式甲烷断电仪》(AQ6208-2007)、《煤矿安全生产监控系统通用技术条件》(MT/T 1004-2006)等相关监测标准规范，均提到控制执行时间应满足有关要求，其中安全监控分站甲烷超限断电及甲烷风电闭锁的控制执行时间应不大于2 s.

4 “就地控制执行时间”测试方法

1) 《煤矿监控系统主要性能测试方法》(MTT 772-1998).

在规定的输入设备上发控制命令，用秒表测量从控制命令发出至控制执行指示器作出响应的时间。

使系统输出控制信号的模拟量输入值和开关量状态，用秒表测量从信号输入到控制执行指示器显示相应动作的时间。

对已包含执行机构的试验系统，试验中测得的时间即为控制执行时间；对不包含执行机构的试验系统，控制执行时间应为试验中测得的时间加执行机构的动作时间。

2) 《矿用分站》(MT/T 1005-2006).

使传感器或模拟量信号发生器的输出达到分站所设置的断电值，用秒表测量从信号输入到控制执行器指示被控设备断电的时间。

测得的时间与所配置执行器的动作时间之和即为控制执行时间。

3) 《煤矿用固定式甲烷断电仪》(AQ6208-2007).

连接断电仪主机与各设备，送电稳定运行后，调节模拟量信号发生器，输入达到断电点的模拟量信号，记录信号输入到断电控制输出接点动作的时间，测量3次，取最大值。

4) 《煤矿安全监控系统升级改造验收规范》(煤安监技装〔2019〕48号)。

该文件并无“就地控制执行时间”测试方法，但是提出了“异地断电功能测试”测试办法和指标要求，可以做为参考。具体为：首先是通过遥控器(或通入标准气样)的方法，在井下现场调整被测甲烷传感器使其达到异地断电触发数值，并做好相应记录；升井后，在监控系统软件调取被测甲烷传感器的数据记录和对应的异地断电事件记录，分别记录每个断电值出现的最早时刻(TD)和断电器每一次动作时对应馈电状态为“无电”的最早时刻(TT)，其中TT到TD的时间差，其最大值即为异地断电时间。一般情况下，异地断电时间小于40 s可判定为合格。

综上：根据“就地控制执行时间”的测试方法可以得出，该时间应以现场实测为准，是涉及断电控制的设备实际运行时间。只有监控系统存在异地断电时，其“控制执行时间”可以通过查询监控系统记录的方法来进行查证，且可以通过其查证结果来验证系统性能是否可靠。

5 原因分析

根据监控分站的设计要求，监控分站自身是具备甲烷超限断电控制功能的，传感器定义信息和就地断电信息也是就地保存在分站中的。当甲烷传感器检测环境甲烷浓度达到或超过预先设定的断电值时，无需经过中心站软件干预，监控分站即自行发出断电指令，驱动断电控制器立即动作并切断相关设备电源。断电后，利用馈电状态传感器的监测功能，确认断电功能是否可靠。下面举例说明：

1) 重庆梅安森科技股份有限公司的KJ73X型煤矿安全监控系统。

a) 如图1、2所示，312机巷掘进工作面分别安装了T1甲烷传感器(21A01)、T2甲烷传感器(21A05)，从监控系统上看，其关联的断电控制口为312机巷断电(21C13)，对应的馈电传感器为312机巷馈电(21D13)，控制类型为分站本地控制。2021年8月4日甲烷传感器调校试验时，查询监控系统记录，T1达到断电值时刻、断电执行时刻、馈电反馈无电时刻均为8时4分2秒，T2达到断电值时刻、断电执行时刻、馈电反馈无电时刻均为8时47分58秒，其达到断电值时刻与馈电反馈无电时刻的时间差为0.

b) 如图3、4、5所示，72210里风巷掘进工作面安装了T进甲烷传感器(48A08)，从监控系统上看，其关联的断电控制口为72210里风巷断电器(48C09)，对应的馈电传感器为72210里风巷馈电6204(48D09)，控制类型为分站本地控制。2021年8月

图1 312机巷T1甲烷传感器及关联断电器、馈电状态传感器数据记录图

图2 312机巷T2甲烷传感器及关联断电器、馈电状态传感器数据记录图

图3 72210里风巷T进4甲烷传感器达到断电值时刻图

图4 72210里风巷断电器断电时刻图

图5 72210里风巷馈电状态传感器无电时刻图

31日甲烷电闭锁测试试验时，查询监控系统记录，T进甲烷传感器达到断电控制时刻、断电控制执行时刻均为9时46分14秒，馈电“无电”时刻9时46分18秒，其达到断电值时刻与馈电反馈无电时刻的时间差为4 s.

2) 中煤科工集团重庆研究院有限公司的KJ90X型煤矿安全监控系统。

如图6、7、8所示，1065收作工作面安装了T0甲烷传感器(02A15)，从监控系统上看，其关联的断电控制口为1065收作面高爆609断电器(22C06)，对应的馈电传感器为1065收作面高爆609断电器(22D06)，控制类型为异地控制。2021年8月4日甲烷传感器调校时，查询监控系统记录，T0甲烷传感器第一次达到断电控制时刻为11时36分02秒、断电控制执行时刻为11时36分09秒、馈电“无电”时刻11时36分11秒，第二次达到断电控制时刻为11时39分29秒、断电控制执行时刻为11时36分39秒、馈电“无电”时刻11时39分38秒，两次达到断电值时刻与馈电反馈无电时刻的时间差均为9 s.

结合上面两个例子可以看出，例2的“异地断电控制执行时间”结果符合《煤矿安全监控系统升级改造验收规范》提到的“异地断电功能测试”指标要求，为合规项。例1的两个时间差分别为0、4 s，如果只是单纯看系统记录的数据，会简单认定例1b)的测试结果超标需整改，但是需要注意的是，根据前面提到的分站功能要求，甲烷超限断电闭锁控制功能是分站自主实现的，但是系统软件对井下分站是有设备巡检要求的，如果断电命令执行时，中心站软件恰巧巡检到该分站，那么系统采集到的断电值时刻和分站“断开”命令时刻是有可能一致的。同理，由于断电器和馈电开关有动作时间，分站采集的馈电反馈信号有可能在一个巡检周期后再上传至中心站，所以馈电反馈无电时刻与分站“断开”命令时刻的时间差，会出现例1b)中的超过2 s现象。需要强调的是，这个结果并未超过巡检周期20 s的要求，即例1b)的结果仍然是合规的。

图6 1065工作面T0甲烷传感器达到断电值时刻图

图7 1065工作面609高爆断电器断电时刻图

6 结 论

监控系统“就地控制执行时间”应该是监控分站本地控制的前提下，传感器报警到控制设备完成断电时间，且不能超过2 s，这个数据只能由现场实测得来。监控系统查询到的断电值时刻与馈电反馈无电时刻，其时间差是指系统软件巡检到的相关数据，这个值不能超过系统巡检周期，也就是20 s. 异地断电是指跨越分站的断电控制，它必须依赖系统软件中继传递控制，其最长不能超过40 s，也就是2倍巡检周期。

“就地控制执行时间”不能单纯地使用断电指令发出时间与馈电状态无电时间的差值，一个是监控系统发出的断电命令时间，一个是馈电状态传感器经分站传至系统后记录的馈电状态时间。