论文部分内容阅读
[摘 要] 针对我国煤矿目前的特点，本文分析了煤矿井下电磁环境的情况，并提出了适合煤矿井下电磁兼容性的关键问题及相应的研究方法，供参考。
[关键词] 煤矿 电磁兼容 安全 监控
煤炭是我国重要能源，随着国家对煤矿安全的重视，全国煤矿特别是高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出的矿井按照《煤矿安全规程》等有关规定，逐步装备了煤矿安全监控系统，有效地避免或减少了瓦斯事故。但由于人们对煤矿井下电磁兼容性研究还很少，研究成果远远不能满足煤矿安全监控系统设计、制造、检验和使用等需求，从而造成煤矿安全监控系统运行不稳定，数据不可靠’特别是瓦斯监测数据的不准确，常常造成瓦斯超限报警误报或漏报，瓦斯超限断电误动或拒动，带来了巨大的安全隐患。
因此，有必要针对煤矿井下的特点，进行煤矿井下電磁兼容性研究，这对完善矿井监控和通信理论，指导相关标准制定，提高系统抗干扰能力，发挥系统的安全保障作用具有十分重要的理论意义和实用价值。
1.电磁兼容问题研究现状
电磁兼容是从过去的“电磁干扰”发展起来的，各工业国家都加重视电磁干扰的研究，成立了许多相关的国际组织；到上世纪40年代为了解决飞机通信系统受到电磁干扰造成飞机事故的问题，开始较为系统地进行电磁兼容技术的研究。
我国开展电磁兼容工作较晚，陆续颁布了一些设计要求、测试方法等国家标准和国家军用标准。有关煤矿井下电磁兼容的研究，国内外开展的都比较少，在国内，中国矿业大学（北京）孙继平研究了矿井监控与通信设备电磁兼容性试验的严酷等级；煤炭工业通讯信息中心的王艺华对煤矿井下甚高频电磁干扰分布进行了分析；山东科技大学信息与电气工程学院的陶安利研究了矿用测控设备中的对地干扰及其抑制。在国外，前苏联的奥戈罗德涅丘克在研究矿井低频无线通讯时，分析研究了矿井无线信道中的干扰。
可以看出，人们对煤矿井下电磁干扰源特性、电磁干扰传播特性还没有进行系统地分析和研究。但是地面电磁兼容性的研究成果，对煤矿井下的电磁兼容研究具有借鉴作用。
2.煤矿井下电磁环境的特殊性
矿井是由各种纵横交错、形状不同、长短不一的巷道组成，其长度可长达几万米。煤矿井下空间狭小，有甲烷、一氧化碳等易燃、易爆性气体，有硫化氢等腐蚀性气体，有淋水，湿度大，矿尘大，工作面距地面调度室距离远（可达1万多米），煤矿机电设备不同于地面机电设备，从而造成煤矿井下电磁环境的特殊性：
（1）煤矿井下为限定性空间，电磁干扰的耦合与传播和地面完全不同；
（2）巷道截面形状、尺寸、介质、弯曲、分支、倾斜、金属支护、纵向导体（电缆、水管、铁轨等）、通风设施影响着电磁干扰的耦合与传播；
（3）煤矿井下供电系统采用中性点不接地方式，电磁干扰的耦合与传播和地面中性点接地系统不同；
（4）掘进机等大型机电设备不停地移动，造成干扰源位置的不确定；
（5）采煤机、掘进机、输送机等大型机电设备的功率大，位置相对集中，起停频繁，电磁干扰严重；
（6）煤矿井下采用电力电缆供电，供电距离远，而且分支多，电缆吊挂在巷道侧，不同于地面电缆埋入地下或架空线；
（7）煤矿井下电网电压波动大，可达到75%-110%，而地面电网电压的波动范围一般为90%-110%；
（8）煤矿井下的供电电压等级为36，127，380，660，1140，3300，6000V等，与地面不同；
（9）直线架线电机车受电弓与架空线电火花干扰严重，其杂散电流干扰也十分严重；
（10）煤矿井下电气设备一般为隔爆型、本质安全型、增安型等防爆电气设备（低瓦斯矿井的井底车场、总进风巷和主要进风巷可以采用矿用一般型），外壳一般为防水金属外壳。
3.关键问题及研究方法
煤矿井下电磁兼容性研究是在有限的空间、时间等条件下，各种用电设备或系统在其电磁环境下能正常工作，并且不对环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。包括3个方面的含义：1.井下的电磁环境应是给定的或可预期的；2.井下设备、分系统或系统不应产生超过相关标准所规定的电磁骚扰发射；3.限值的要求：井下设备、分系统或系统应满足相关标准所规定的电磁敏感性限值或抗扰度限值的要求。
借鉴地面电磁兼容性研究的方法，进行煤矿井下电磁兼容性研究，应从井下电磁的干扰源、耦合途径、敏感设备等几个方面入手，要针对煤矿井下的特点，充分利用目前矿井电磁波传输研究方面已取得的成果，借鉴国内外不同领域电磁兼容的研究方法及成果，并从研究手段、实验方案、实验数据处理方法等方面进行创新，进行电磁兼容的基础性研究工作。
煤矿井下电磁兼容性关键问题及其研究方法可以归纳为以下几个方面：
（1）煤矿井下电磁干扰源的研究。研究煤矿井下电磁干扰源的频域和时域特性，以及抑制措施等。
（2）研究矿用电气设备及煤矿供电系统特点，以及不同生产能力和机械化程度矿井的供电系统和电气设备空间分布及相互作用，建立煤矿井下电磁噪声源模型。
（3）电磁干扰传播特性的研究。研究煤矿井下电磁干扰如何由干扰源传播到敏感设备，包括对传导干扰和辐射干扰的研究"采取场和路结合的分析方法进行理论分析，利用有限元分析等手段，分别从传导和辐射两种方式研究电磁干扰如何由干扰源传播到敏感设备。研究巷道截面、形状、围岩介质、支护、分支、拐弯、倾斜、电机车、输送机、电缆、水管、通风设施等对电磁噪声传播与耦合的影响，建立煤矿井下电磁噪声传播与耦合数学模型。
（4）敏感设备抗干扰能力的研究。研究矿井安全生产监控设备、移动通信设备等防爆电气设备的抗干扰能力及布置方法。
（5）测量方法与试验数据处理方法研究。由于煤矿中的电磁干扰十分复杂，测量与评价将有许多特殊的要求，这就需要不同于地面的测量方法和实验数据处理方法。
4.结语
迄今为止，人们对煤矿井下电磁兼容性的研究还不足，远远不能满足矿用电气设备设计、生产、检验和使用的要求"因此，研究煤矿井下电磁环境特殊性，提出煤矿井下电磁兼容性关键问题和研究方法，对开展煤矿井下电磁兼容性研究具有指导意义。同时对制定矿用电气设备电磁兼容性标准，指导矿用电气设备电磁兼容性设计等具有十分重要的意义。
参 考 文 献
[1]孙继平.矿井监控与通信设备电磁兼容性试验的严酷等级［J］.煤炭科学技术，2009年第2期
[2]王艺华。煤矿井下甚高频电磁干扰分布的分析［J］.电信科学，2008年第7期
[3]陶安利，吴剑.矿用测控设备中的对地干扰及其抑制［J］.工矿自动化，2007年第12期
[4]奥戈罗德涅丘克.矿井低频无线通讯［M］.吴荣光，虞梦先，译.北京：煤炭工业出版社，2000■
[关键词] 煤矿 电磁兼容 安全 监控
煤炭是我国重要能源，随着国家对煤矿安全的重视，全国煤矿特别是高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出的矿井按照《煤矿安全规程》等有关规定，逐步装备了煤矿安全监控系统，有效地避免或减少了瓦斯事故。但由于人们对煤矿井下电磁兼容性研究还很少，研究成果远远不能满足煤矿安全监控系统设计、制造、检验和使用等需求，从而造成煤矿安全监控系统运行不稳定，数据不可靠’特别是瓦斯监测数据的不准确，常常造成瓦斯超限报警误报或漏报，瓦斯超限断电误动或拒动，带来了巨大的安全隐患。
因此，有必要针对煤矿井下的特点，进行煤矿井下電磁兼容性研究，这对完善矿井监控和通信理论，指导相关标准制定，提高系统抗干扰能力，发挥系统的安全保障作用具有十分重要的理论意义和实用价值。
1.电磁兼容问题研究现状
电磁兼容是从过去的“电磁干扰”发展起来的，各工业国家都加重视电磁干扰的研究，成立了许多相关的国际组织；到上世纪40年代为了解决飞机通信系统受到电磁干扰造成飞机事故的问题，开始较为系统地进行电磁兼容技术的研究。
我国开展电磁兼容工作较晚，陆续颁布了一些设计要求、测试方法等国家标准和国家军用标准。有关煤矿井下电磁兼容的研究，国内外开展的都比较少，在国内，中国矿业大学（北京）孙继平研究了矿井监控与通信设备电磁兼容性试验的严酷等级；煤炭工业通讯信息中心的王艺华对煤矿井下甚高频电磁干扰分布进行了分析；山东科技大学信息与电气工程学院的陶安利研究了矿用测控设备中的对地干扰及其抑制。在国外，前苏联的奥戈罗德涅丘克在研究矿井低频无线通讯时，分析研究了矿井无线信道中的干扰。
可以看出，人们对煤矿井下电磁干扰源特性、电磁干扰传播特性还没有进行系统地分析和研究。但是地面电磁兼容性的研究成果，对煤矿井下的电磁兼容研究具有借鉴作用。
2.煤矿井下电磁环境的特殊性
矿井是由各种纵横交错、形状不同、长短不一的巷道组成，其长度可长达几万米。煤矿井下空间狭小，有甲烷、一氧化碳等易燃、易爆性气体，有硫化氢等腐蚀性气体，有淋水，湿度大，矿尘大，工作面距地面调度室距离远（可达1万多米），煤矿机电设备不同于地面机电设备，从而造成煤矿井下电磁环境的特殊性：
（1）煤矿井下为限定性空间，电磁干扰的耦合与传播和地面完全不同；
（2）巷道截面形状、尺寸、介质、弯曲、分支、倾斜、金属支护、纵向导体（电缆、水管、铁轨等）、通风设施影响着电磁干扰的耦合与传播；
（3）煤矿井下供电系统采用中性点不接地方式，电磁干扰的耦合与传播和地面中性点接地系统不同；
（4）掘进机等大型机电设备不停地移动，造成干扰源位置的不确定；
（5）采煤机、掘进机、输送机等大型机电设备的功率大，位置相对集中，起停频繁，电磁干扰严重；
（6）煤矿井下采用电力电缆供电，供电距离远，而且分支多，电缆吊挂在巷道侧，不同于地面电缆埋入地下或架空线；
（7）煤矿井下电网电压波动大，可达到75%-110%，而地面电网电压的波动范围一般为90%-110%；
（8）煤矿井下的供电电压等级为36，127，380，660，1140，3300，6000V等，与地面不同；
（9）直线架线电机车受电弓与架空线电火花干扰严重，其杂散电流干扰也十分严重；
（10）煤矿井下电气设备一般为隔爆型、本质安全型、增安型等防爆电气设备（低瓦斯矿井的井底车场、总进风巷和主要进风巷可以采用矿用一般型），外壳一般为防水金属外壳。
3.关键问题及研究方法
煤矿井下电磁兼容性研究是在有限的空间、时间等条件下，各种用电设备或系统在其电磁环境下能正常工作，并且不对环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。包括3个方面的含义：1.井下的电磁环境应是给定的或可预期的；2.井下设备、分系统或系统不应产生超过相关标准所规定的电磁骚扰发射；3.限值的要求：井下设备、分系统或系统应满足相关标准所规定的电磁敏感性限值或抗扰度限值的要求。
借鉴地面电磁兼容性研究的方法，进行煤矿井下电磁兼容性研究，应从井下电磁的干扰源、耦合途径、敏感设备等几个方面入手，要针对煤矿井下的特点，充分利用目前矿井电磁波传输研究方面已取得的成果，借鉴国内外不同领域电磁兼容的研究方法及成果，并从研究手段、实验方案、实验数据处理方法等方面进行创新，进行电磁兼容的基础性研究工作。
煤矿井下电磁兼容性关键问题及其研究方法可以归纳为以下几个方面：
（1）煤矿井下电磁干扰源的研究。研究煤矿井下电磁干扰源的频域和时域特性，以及抑制措施等。
（2）研究矿用电气设备及煤矿供电系统特点，以及不同生产能力和机械化程度矿井的供电系统和电气设备空间分布及相互作用，建立煤矿井下电磁噪声源模型。
（3）电磁干扰传播特性的研究。研究煤矿井下电磁干扰如何由干扰源传播到敏感设备，包括对传导干扰和辐射干扰的研究"采取场和路结合的分析方法进行理论分析，利用有限元分析等手段，分别从传导和辐射两种方式研究电磁干扰如何由干扰源传播到敏感设备。研究巷道截面、形状、围岩介质、支护、分支、拐弯、倾斜、电机车、输送机、电缆、水管、通风设施等对电磁噪声传播与耦合的影响，建立煤矿井下电磁噪声传播与耦合数学模型。
（4）敏感设备抗干扰能力的研究。研究矿井安全生产监控设备、移动通信设备等防爆电气设备的抗干扰能力及布置方法。
（5）测量方法与试验数据处理方法研究。由于煤矿中的电磁干扰十分复杂，测量与评价将有许多特殊的要求，这就需要不同于地面的测量方法和实验数据处理方法。
4.结语
迄今为止，人们对煤矿井下电磁兼容性的研究还不足，远远不能满足矿用电气设备设计、生产、检验和使用的要求"因此，研究煤矿井下电磁环境特殊性，提出煤矿井下电磁兼容性关键问题和研究方法，对开展煤矿井下电磁兼容性研究具有指导意义。同时对制定矿用电气设备电磁兼容性标准，指导矿用电气设备电磁兼容性设计等具有十分重要的意义。
参 考 文 献
[1]孙继平.矿井监控与通信设备电磁兼容性试验的严酷等级［J］.煤炭科学技术，2009年第2期
[2]王艺华。煤矿井下甚高频电磁干扰分布的分析［J］.电信科学，2008年第7期
[3]陶安利，吴剑.矿用测控设备中的对地干扰及其抑制［J］.工矿自动化，2007年第12期
[4]奥戈罗德涅丘克.矿井低频无线通讯［M］.吴荣光，虞梦先，译.北京：煤炭工业出版社，2000■