图2-6 11060工作面传感器数据曲线图 由图6可以看出，在11060工作面区域，两个传感器数据的大小关系已经显现出来，可以看出回风巷处瓦斯浓度值一段时间内（此处选择5分钟）的最小值严格的不小于工作面处瓦斯浓度的最小值，说明符合本文假设的最小值大小关系的关联模型。 （4） 三种关联模型对掘进工作面的适用性验证 掘进面瓦斯和回采面有相似之处同时也存在一些自己的特点，首先掘进巷道的通风方式大多是采用局部通风机压入式通风，由于这种通风方式自身的特点迎头处势必造成较大的风速甚至在局部区域形成风流的涡旋，故掘进头的瓦斯传感器数值随着风流的变化可能波动会更大。第二，相比较回采工作面，掘进巷道四周煤壁在空气中的暴露时间会较短些，所以特别是对于煤层瓦斯含量较高的采区内掘进巷道煤壁的瓦斯涌出量会相对大一些，所占巷道瓦斯涌出总量的比例也会高于回采面。 选取12020风巷掘进巷道2010年12月2日凌晨零点到八点共480分钟内两个瓦斯传感器的数据，同上面所讲的方法，首先计算比较两个传感器的D值，考虑到两传感器之间距离和风速造成时间上的差异，将工作面传感器数据延迟10分钟后，两者D值大小如下图2-7所示： - 31 -
图2-7 12020风巷传感器D值展示曲线图 如上图7所示，靠近工作面处传感器的D值明显要大于回风巷处传感器的D值，也就是说靠近瓦斯主要涌出点处的D值大于远离瓦斯主要涌出点处的传感器的D值,并且作为掘面来讲，和图1进行比较可以看出，在掘进工序的时间段（图4中200和350分钟左右）两个传感器D值迅速增大且两个传感器D值的差值变大，而在准备或者后续的工艺中两个传感器的D值都比较小。采取同样的数据进行C值的分析比较，如下图2-8所示： 图2-8 12020风巷掘进面传感器延迟后数据曲线图 由图2-8可以看出，回风巷处瓦斯浓度的C值不小于掘进面处瓦斯浓度的C值。 同样掘进巷道两个传感器数据也是符合线性相关。将两个传感器的每5分钟内的瓦斯浓度平均值代入公式1，考虑时间的修正后，计算得到相关性系数r=0.7348，表明存在较为显著的相关性。 5．结论 基于关联性模型的煤矿监控系统报警方法是对现行煤矿监控系统模拟量报警方法的补充，可以发现传感器不按规定使用和传感器失效等情况。针对煤矿采掘工
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作面瓦斯传感器的基于相关性系数、基于极差值大小、基于最小值大小的三种关联模型,对不同煤矿和不同工作面均有较好的适用性。 理论上能建立关联性模型测点数据的范围可以很广，模型可以更复杂（包括使用专家推理模型）。测点的这种关联关系可以是不同测点之间的关联，也可以是测点和特定生产工艺、环境之间的关联。但在应用中应考虑模型的易用性和适用性。本课题仅对我矿井下工作面的瓦斯传感器数据进行了三种关系的关联性分析，今后应在更大范围内收集数据，验证三种关联模型的适用普遍性。 针对我矿使用的KJ95系统数据格式，通过利用三种关联模型的监测点数据异常识别软件，经过试用，基本达到了预期的功能。 (三) 煤矿井下电磁干扰测量研究 近年来，随着电力变频器、无线电通信系统在我矿井下应用日益普遍和煤机设备功率的不断提高，煤矿井下的电磁干扰强度不断升级，煤矿监控系统和通信系统受干扰的情况明显增加。为了解决我矿监控设备的抗干扰问题，首先我们对煤矿监控设备使用环境中的干扰种类和强度进行了研究。 根据干扰耦合通道划分，电磁干扰可以分为空间电磁场幅射耦合、通过设备电缆的传导耦合两大类。其中通过设备电缆的传导耦合又可分为电磁场电缆感应、电缆间电磁感应、电缆的直接传导三种情况。 目前对工业环境中干扰强度的测量，一般采用干扰测量仪或频谱分析仪进行。但这种方法只考虑干扰源而不考虑干扰耦合的方式，测量出的是干扰源的幅射干扰强度，难以和瞬变脉冲群干扰和浪涌干扰强度建立等效关系。我们在实测井下干扰时发现，一些井下巷道中，设备及电缆都很少，使用谱频分析仪测量根本发现不了干扰，但该处的瓦斯传感器仍然发生受干扰冒大数的情况，说明使用频谱分析仪进行干扰测量有其局限性。目前也有针对传导干扰的测量方法研究，但这类研究都是针对直接传导类型（主要又是电源线上的干扰）的研究，不适用于通过电缆感应的 - 33 -
传导干扰的测量。 为此，我矿研究小组提出了一种用于对煤矿井下环境的干扰强度进行评估，适合于测量感应传导干扰强度（包括瞬变脉冲群干扰和浪涌干扰）的方法。 1．感应传导干扰对设备的作用机理及衡量干扰信号强度的指标 根据感应传导干扰的原理，感应传导干扰影响被干扰设备的过程是：干扰源发出的干扰在被干扰设备的外部电缆中感应出一串干扰脉冲信号，被干扰设备的电路对干扰脉冲信号产生反应时即发生干扰。 对于受干扰设备来说，根据对干扰信号的敏感类型可以分为幅度敏感型、强度敏感型和频度敏感型。幅度敏感型是指设备对干扰信号的幅度敏感，只要干扰信号的幅度达到一定值，就会对干扰产生反应。强度敏感型是指设备对干扰信号不仅要达到一定幅度，还要持续一定时间才能发生反应，故可以认为是当干扰信号的脉冲强度达到一定值时，才会对干扰产生反应。频度敏感型是指设备对干扰脉冲的重复频度敏感，如果干扰信号的脉冲重复频度达到一定值，对较小的幅度和强度的干扰也会产生反应。一般来说,高速电路属于幅度敏感型，低速电路属于强度敏感型，而积分电路属于频度敏感型。实际上，只有极少数设备是单一类型的，大多数设备是三种类型的复合。 所以我们可以把干扰脉冲信号用三个指标性要素来衡量其强度大小：干扰信号最大幅值、单个脉冲的最大强度(电压-时间积分)和脉冲重复频度(两个脉冲间隔时间的倒数)。这三个指标属于干扰信号的时域指标，对于以数字电路为主的煤矿监控系统来说是合适的。其中脉冲幅度和强度具有下列特性:高频脉冲经过低通滤波器后，脉冲的幅度可能降低较多，而脉冲强度几乎不变。 2.瞬变脉冲群干扰强度的测量方法 瞬变脉冲群干扰是一种因电压快速变化引起的干扰，主要通过线间电容耦合。接收干扰的电缆和发出干扰的电缆距离越近，并行距离越长，接收干扰的强度越大。
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脉冲群干扰通过线间电容耦合到被干扰电缆时，对于同一电缆中两芯线间的感应电压称为线间电压，单线对地感应电压称为线地电压。考虑到煤矿监控系统中常用的本安电路是不接地的，所以和线地干扰相比,线间干扰影响较大。基于以上原因，我们采用测量线间干扰信号的方法，来测量井下瞬变脉冲群干扰强度。为便于现场作业，我们采用（HBYV）2芯线作为干扰接受体。首先在实验室采用标准瞬变脉冲群干扰发生器作为干扰源，两芯线间接2kΩ电阻（接近大多数煤矿监控设备的输入等效电阻，该阻值大小对测量结果的影响和干扰源的内阻有关），并通过标准电容夹和标准干扰源耦合，记录两芯线间电阻上的感应信号。然后现场测量，将2芯线铺设在干扰源电缆附近，两芯线间接2kΩ电阻，通过数字示波器捕捉电阻上的最大干扰信号。如下图3-1所示。 图3-1 现场脉冲群干扰强度测量方法 最后通过井下和实验室两种环境下两芯线间干扰电压幅值、单脉冲强度值和脉冲频率的比对确定井下干扰源相当于标准干扰源的强度。由于设备的敏感类型不确定，所以在确定现场干扰等级时，应按其中最严酷的一个指标来决定干扰的等效强度。 3.浪涌干扰强度的测量方法 电缆间传导产生的浪涌干扰是因电流快速变化而引起的干扰,主要通过线间电
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现场干扰源电缆 2k HBYV电线 数字示波器